JP4794840B2

JP4794840B2 - 光源装置及び該光源装置を有する投射型表示装置

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Publication number: JP4794840B2
Application number: JP2004272532A
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Inventors: 野田　　敏之
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Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2011-10-19
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Description

本発明は、光源装置及び該光源装置を有する投射型表示装置（透過型液晶プロジェクタや反射型液晶プロジェクタ）に関するものである。

現在、プロジェクタのような投射型表示装置が近年のＰＣやそれに付随するソフトの開発に伴い、ビジネス現場や学校などでの公共施設での使用頻度が増えただけでなく、ＤＶＤの普及に伴いホームシアター等として各家庭での使用も急激な増加傾向が予想されている。つまり、近年になって従来までの投射型表示装置の使用状況は、ホームでの毎日使用されることや、学校などの公共施設にて頻繁に使用されるようになる。このような世の中の動きに合わせ、市場では投射型表示装置の長寿命化を望む声が強まっている。

プロジェクタ等に用いる光源はハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀放電ランプなどが知られているが、近年、その投入電力に対する光強度への変換効率の高さから、高圧水銀放電ランプが多用されるようになっている。
この高圧水銀放電ランプはガラス管の中に陰極および陽極の電極が対向して配置され、該ガラス管の中にガスや水銀などが封入された発光管と、その発光管からの光を平行光に変換するための反射鏡を有するリフレクタ、そしてこれら前記発光管と前記リフレクタを結合するための結合部材から構成されている。

一般に、発光管は図９に示すような形状をしており、略円柱状の発光管１０１をリフレクタ１０２に結合部材１０３を介して固定する。すなわち、略円柱状の発光管１０１をリフレクタ１０２の中央に配置し、リフレクタ１０２内部の反射鏡を形成する面の焦点位置と、発光管１０１の発光部とが一致するように、その結合部材１０３に固定することにより、集光効率を高めた平行光を得ることができる。

ここで、前記発光管より発光するまでの高圧水銀放電ランプの駆動方法について簡単に説明する。
高圧水銀放電ランプの陰極と陽極の電極極性が変化しないＤＣ駆動と、陽極と陰極の関係が略周期的に交代するＡＣ駆動とがあるが、始動に関しては両者の挙動は同様であるため、ここでは主としてＤＣ駆動の場合について説明する。
前記高圧水銀放電ランプの前記発光管内部には陰極電極と陽極電極が例えば１．４ｍｍ離れた位置に配置されており、始動初期には発光管電源より無負荷開放電圧が印加されている。そして、ランプ点燈始動時には前記電源より前記電極間に数ｋＶもの高電圧を印加して電極間の絶縁破壊を行う。そうすることで、陰極側から飛び出た電子は電場によって加速され、前記発光管内に封入された気体分子に衝突して、気体分子に束縛されている電子をたたき出す。
また、電離作用によって生じた陽イオンも加速されて陰極に達するようになり、陰極から多数の新しい電子がたたき出される。このように、絶縁破壊をきっかけに放電が始まる。次にランプ電圧の急激な低下により、前記電源の平滑コンデンサから電荷が開放される。

このような絶縁破壊直後の比較的不安定な放電の後、アーク放電よりも印加電圧の高いグロー放電と呼ばれる放電に移行する。グロー放電で、陰極側が充分に上昇すると陰極から熱電子の放出が可能になると、前記発光管内の水銀も蒸発し安定したアーク放電へと移行していく。
また、アーク放電移行後、良好な放電発光状態を維持するために上記発光管は図９に示すように球体部（発光部）１０１ａ、陰極シール部１０１ｂ、陽極シール部１０１ｃ、支柱溶接部１０１ｄと細分化され、それぞれに例えば球体部上は９００℃以上１０００℃以下、球体部下は９００±２０℃、陰極および陽極シール部は４２０℃以下というように、それぞれの冷却条件が存在し、これらの冷却条件を満たすように温度管理しなくてはならない。

そのため、従来においては、例えば特許文献１のようにリフレクタ開口部付近から風を送り込み、発光管を冷却する構成が提案されている。具体的には図１０に示されるように、リフレクタ開口部付近の吸気口９０４から風を送り込み、リフレクタ９０２の反射面に風を沿わせて流し、球体部９０１ａを冷却した空気を結合部材９０３側の排気口９０５から排気する方法が採られている。
また、図１１に示されるように、リフレクタ９０２の後方の結合部材９０３側から風を送風し、発光管を冷却する特許文献２等で提案されている構成が知られている。
特開２０００−８２３２２号公報特開２０００−２１２３０号公報

しかしながら、放電ランプを長寿命とし、かつ安定発光させるためには、高圧水銀放電ランプを冷却する構成として、高圧水銀放電ランプ各箇所の推奨温度範囲内で駆動できる冷却構成を実現するだけでなく、点燈時の陰極電極に水銀が付着していることが必要不可欠であり、上記した特許文献１及び特許文献２等の従来例のものでは、つぎのような問題が生じる。

すなわち、前記放電ランプの寿命に関しては、例えば、第１にランプ破損の原因である熱による発光管の歪み、発光管の再結晶化などの要因が存在する。第２に、特に前記グロー放電に関連する寿命要因として、発光管内に黒色の物質が付着してしまう黒化と呼ばれる現象がある。第３にランプの累積点燈時間による電極の消耗がある。
第１の要因については、発光管球体部が高温になることで球体部のガラスの歪みや球体部内部の気圧が上昇することにより発光管が最悪破裂に及んだり、逆に球体部温度が低すぎることにより、水銀の未蒸発が生じ、発光効率の低下やフリッカの原因となる。また陰陽極シール部温度が高温になりすぎると金属が酸化され溶断し、不点燈につながることが考えられる。そこで、前述したように、発光管の各場所によって設けられている推奨温度範囲内に放電ランプを駆動できるような冷却構成が重要となる。
また第２の要因については、前述したように、グロー放電は電圧が高いため、放電プラズマの中の陽イオンが高いエネルギーに加速されて陰極に衝突し、その結果、前記電極を構成するタングステンなどがスパッタされることにより蒸発し、これが発光管ガラス内壁面に蒸着することにより、黒化が発生すると考えられる。そこで、グロー放電による電子のスパッタから陰極を保護するために、グロー放電時には陰極電極表面に水銀を付着させることで黒化を抑制でき、長寿命な放電ランプを実現できることが知られている。
また第３の要因は、上述した第１および第２の要因が複合的に組み合わされて起きることが多く、第１の要因および第２の要因に対して対策を講じることで長寿命を実現することができる。

しかしながら、上記特許文献１のものでは、リフレクタ開口部付近の吸気口９０４から風を送り込み、リフレクタ９０２の反射面に風を沿わせて流し、球体部９０１ａを冷却した空気を結合部材９０３側の排気口９０５から排気する構成であるため、発光管の先端部側の電極シール部９０１ｃは充分に冷却されるが、発光管において最も高温になるのは球体部９０１ａであって、球体部９０１ａを冷却した風はもはや冷却能力が低下した高温の風となる。このような風では結合部側の電極シール部９０１ｂを充分に冷却することは困難であり、例えば前記結合部側に陰極が配置されていた場合、陰極シール部の温度は高温となり前述したような金属部の溶断が起きる恐れがあるばかりでなく、ランプ消灯後の温度低下が陽極シール部や球体部に対して陰極シール部温度が鈍いことから、気体から液体へと状態変化した水銀は、陰極側に付着せずいち早く沸点温度を下回った陽極側あるいは球体部のガラス壁面に付着してしまう。そのため、次回ランプ点燈をする際に陰極が無防備となり、上記した現象が繰り返されることで陰極がスパッタされ、黒化の現象を招き易くなり、ランプ寿命を低下させることとなる。

また、上記特許文献２のものでは、リフレクタ９０２の後方から風を送風しているため、例えば陽極がリフレクタ後方に配置されていれば、やはり冷却風の風下にある陰極側が冷却されにくく、同様に消灯後のクールダウンで水銀が陰極に付着しづらくなり、黒化現象の引き金となる。逆に、例えば陰極側がリフレクタ後方に配置されているならば、ランプ消灯後に陰極側が冷却風の風上側にあるため、一番に温度低下を始めるので液化した水銀は陰極に付着し理想の状態を作り出すことが可能である。しかしながら、この構成の場合、開口の狭いリフレクタ後方から空気を送り込んでいるために、吸気口９０５を通過する際に多大な圧力損失を招き、高出力のランプを使用した場合、発光管球体部９０１ａを充分に冷却するための冷却風を送り込めないという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みて、ランプ点灯中に推奨温度範囲内でランプ駆動を可能にすると共に、ランプ消灯後の温度推移をも考慮した冷却構成を得ることを可能とし、発光管内に黒色の物質が付着するのを抑制して、放電ランプを長寿命化し、安定発光させることができる光源装置及び該光源装置を有する投射型表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、以下のように構成した光源装置及び該光源装置を有する投射型表示装置を提供するものである。
すなわち、本発明の光源装置は、少なくとも１つの送風手段と、対向配置された陰極と陽極の間に発光部を有する発光管が結合部材を介してリフレクタに固定されている水銀放電ランプとを有する光源装置において、
前記発光管の陰極は前記結合部材側に配置されると共に、前記発光管の陽極は前記発光部を挟んで前記陰極と反対側に配置されており、
前記送風手段からの冷却風を集めて風速および風圧を高めるように形成された導風壁を有し、前記送風手段から前記導風壁を介して前記結合部材側に導かれた冷却風によって前記発光管の陰極を冷却する第１の流路と、
前記送風手段からの冷却風が前記発光管の陽極側から発光部側に導かれる第２の流路とが、それぞれ別の流路として構成されており、
前記水銀放電ランプの消灯に際して前記陰極の温度は前記陽極と前記発光部の温度よりも早く水銀の沸点を下回ることを特徴としている。
また、本発明の投射型表示装置は、上記した光源装置からの光を用いて、画像を被投射面上に投射することを特徴としている。

本発明によれば、ランプ点灯中に推奨温度範囲内でランプ駆動を可能にすると共に、ランプ消灯後の温度推移をも考慮した冷却構成を得ることを可能とし、発光管内に黒色の物質が付着するのを抑制して、放電ランプを長寿命化し、安定発光させることができる光源装置及び該光源装置を有する投射型表示装置を実現することができる。

本発明は、上記した構成により本発明の課題を達成することを可能としたものである。具体的には、例えば発光管を冷却する風の流れを１つがリフレクタ開口側の電極と球体部の冷却を行い、もう１つの冷却風の流れがリフレクタ後方側の電極を冷却するという、２つの冷却風の流れを構築することで、ランプ点灯中に推奨温度範囲内でランプ駆動できるようにしただけでなく、ランプ消灯後の各電極の温度推移をも考慮した冷却構成を得ることが可能となった。つまり、陰極側の温度が陽極や球体部の温度よりも常に早く冷やす、もしくは常に陰極側が温度の低い状態にすることで、消灯後に液化した水銀が陰極に付着することを可能とした。
すなわち、リフレクタ内部へファンからの風を取り入れるための開口が設けられており、前記ファンからの風が前記開口から送風されるように光源装置を構成し、発光管の球体部を冷却する空気流と、発光管の結合部材側を冷却する風が別の空気流で構成することで、水銀が陰極に付着させることができ、陰極のスパッタを防止することで黒化の発生を抑制でき、長寿命な光源装置を確立することを可能とした。
また、前記ファンから送風される風のうち、前記発光管の結合部材側の開口は狭く、圧力損失を伴うことから、空気が流れ辛くなってしまっているため、冷却する風をより多く取り込める導風壁を構成することで、よりリフレクタ後方側の電極冷却効率を上げることができ、ファンを低速回転で駆動しても同様の結果を得ることが可能となる。
したがって、このように構成した光源装置を投射型表示装置に搭載することで、安定した投影を行えるだけでなく、長寿命な投射型表示装置を実現することができる。また、上記したようにより多くの風を集めて冷却を行うことで、ファンを低速回転で駆動することができ、高い信頼性を得ることができると同時に、低騒音の投射型表示装置を実現することができる。

以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。例えば、光源ランプの構成として、陰極側をリフレクタ凹部側、陽極側をリフレクタ開口側としたが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、陰極と陽極が逆の場合でも良いことは、勿論のことである。
［実施例１］
実施例１は、本発明を適用して光源装置を搭載した投射型画像表示装置を構成したものである。
図１に本実施例における投射型画像表示装置の概略図を示す。
図１において、１は光源ランプ、２はランプ１を保持するランプホルダーー、３は防爆ガラス、４はガラス押さえ、αはランプ１からの光を入射する照明光学系、βは照明光学系からの出射光を入射するＲＧＢの３色用の液晶パネルを備えた色分解合成光学系、５は色分解合成光学系からの出射光を入射して図示せぬスクリーン（被投射面）に画像を投射する投射レンズ鏡筒であり、投射レンズ鏡筒５内には後述する投射レンズ光学系を収納している。

６はランプ１、照明光学系α、色分解合成光学系βを収納するとともに投射レンズ５が固定される光学ボックスであり、該光学ボックス６にはランプ１の周囲を囲むランプ周辺部材としてのランプケース部材６ａが形成されている。
７は光学ボックス６内に照明光学系α、色分解合成光学系βを収納した状態で蓋をする光学ボックス蓋、８は電源、９は電源フィルタ、１０はランプ１を点灯する為のバラスト電源、１１は電源８からの電力により液晶パネルの駆動、及びランプ１の点灯指令を送る為の回路基板、１２は後述する外装キャビネット２１の吸気口２１ａから空気を吸い込むことで色分解合成光学系β内の液晶パネル等の光学素子を冷却する為の光学系用の冷却ファン、１３は光学冷却ファン１２による風を色分解合成光学系β内の液晶パネル等の光学素子に送る為のファンダクトである。

１４はランプ１に対して吹き付け風を送り、ランプ１を冷却する為の光源ランプ用の冷却ファンであり、ランプ１と投射レンズ鏡筒５との間隙に所定間隔を持って配置されている。１５はランプ冷却ファン１４を保持するファン保持台、１６はファン押さえ板、１７は後述する外装キャビネット２１に設けた吸気口２１ｂから空気を吸い込むことで電源８内に風を流通させ、かつバラスト電源１０に吹き付け力による風を流通させることで電源８、及びバラスト電源１０を同時に冷却する為の電源用の冷却ファンである。
１８は排気ファンであり、排気ファン１８はランプ冷却ファン１４によるランプ１を通過した後の熱風、およびバラスト電源１０を通過した熱風を後述する外装を構成する側板Ｂ２４に設けた排気口２４ａより投射型画像表示装置外に排出する。
１９はランプ放熱板、２０はランプ排気遮光マスクであり、ランプ１の放熱機能およびランプ１を通過した後の熱風を通過させる為の通風ダクトの機能を有するとともに、ランプ１からの光が装置外部に漏れないような遮光機能を有している。

２１は光学ボックス６等を収納する為の外装キャビネット（外装ケース下部）、２２は外装キャビネット２１に光学ボックス６等を収納した状態で蓋をする為の外装キャビネット蓋（外装ケース上部）、２３は側板Ａ、２４は側板Ｂであり、外装キャビネット２１には上述した吸気口２１ａ、２１ｂが形成されており、側板Ｂ２４には上述した排気口２４ａが形成されている。
２５は色分解合成光学系β内の偏光素子等の光学素子を冷却するための冷却ファンであり、冷却ファン２５は外装キャビネット２１の図示を省略した吸気口からの空気を外装キャビネット２１に形成されたダクト部（図示省略）を介して色分解合成光学系β内の偏光素子等の光学素子に吹き付ける構成となっている。
２６は側板Ａ２３の内側に取り付けられたインターフェース補強板、２７は外装放熱板でランプケース部材６ａに取り付けられており、ランプ１からの熱を放熱する。

２８はランプ蓋で、ランプ蓋２８は外装キャビネット２１の底面に着脱自在に設けられており、図示を省略したビスにより固定されている。また、２９はセット調整脚で、セット調整脚２９は外装キャビネット２１に固定されており、その脚部２９ａの高さを調整可能となっている。脚部２９ａの高さ調整により、装置本体の傾斜角度を調整できるように構成されている。

次に、前述したランプ１、照明光学系α、色分解合成光学系β、投射レンズ鏡筒５内の投射レンズ光学系７０（図２参照）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）を搭載した投射型画像表示装置の光学構成について図２にて説明する。
図２において、４１は連続スペクトルで白色光を発光する発光管、４２は発光管４１からの光を所定の方向に集光するリフレクターであり、発光管４１とリフレクター４２によりランプ１を形成する。
４３ａは垂直方向（ランプ１からの光の進行方向における垂直方向（紙面垂直方向））において屈折力を有するレンズアレイで構成された第１のシリンダアレイ、４３ｂは第１のシリンダアレイ４３ａの個々のレンズに対応したレンズアレイを有する第２のシリンダアレイ、４４は紫外線吸収フィルタ、４５は無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子である。
４６は水平方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたフロントコンプレッサ、４７は光軸を９０度変換する為の全反射ミラー、４８はコンデンサーレンズ、４９は水平方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたリアコンプレッサである。以上により照明光学系αが構成される。

５８は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の波長領域の光を反射し、緑（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、５９は透明基板に偏光素子を貼着したＧ用の入射側偏光板であり、Ｓ偏光光のみを透過する。６０はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。
６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂはそれぞれ入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶表示素子、緑用の反射型液晶表示素子、青用の反射型液晶表示素子である。６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂはそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である。６４は透明基板に偏光素子を貼着したＲＢ用の入射側偏光板であり、Ｓ偏光のみを透過する。６５はＢの光の偏光方向を９０度変換し、Ｒの光の偏光方向は変換しない第１の色選択性位相差板である。６６はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。６７はＲの光の偏光方向を９０度変換し、Ｂの光の偏光方向は変換しない第２の色選択性位相差板である。
６８はＲＢ用の出射側偏光板（偏光素子）であり、Ｓ偏光のみを透過する。６９はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第３の偏光ビームスプリッター（色合成手段）であり、偏光分離面を有する。

以上のダイクロイックミラー５８から第３の偏光ビームスプリッター６９により、色分解合成光学系βが構成される。
７０は投射レンズ光学系であり、上記照明光学系，色分解合成光学系および投射レンズ光学系により画像表示光学系が構成される。
次に光学的な作用を説明する。
発光管４１から発した光はリフレクター４２により所定の方向に集光される。リフレクター４２は放物面形状を有しており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に平行な光束となる。但し、発光管４１からの光源は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸に平行でない光の成分も多く含まれている。これらの光束は、第１のシリンダアレイ４３ａに入射する。第１のシリンダアレイ４３ａに入射した光束はそれぞれのシリンダレンズに応じた複数の光束に分割、集光され（水平方向に帯状の複数の光束）、紫外線吸収フィルタ４４を介して、第２のシリンダアレイ４３ｂを経て、複数の光束（水平方向に帯状の複数の光束）を偏光変換素子４５の近傍に形成する。

偏光変換素子４５は、偏光分離面と反射面と１／２波長板とからなり、複数の光束は、その列に対応した偏光分離面に入射し、透過するＰ偏光成分の光と反射するＳ偏光成分の光に分割される。反射されたＳ偏光成分の光は反射面で反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に出射する。一方、透過したＰ偏光成分の光は、１／２波長板を透過してＳ偏光成分と同じ偏光成分に変換され、偏光方向が揃った光として出射する。偏光変換された複数の光束（水平方向に帯状の複数の光束）は、偏光変換素子４５を出射した後、フロントコンプレッサ４６を介して、全反射ミラー４７にて９０度反射し、コンデンサーレンズ４８、リアコンプレッサ４９に至る。

ここで、フロントコンプレッサ４６、コンデンサーレンズ４８、リアコンプレッサ４９の光学的作用の関係で、複数の光束は矩形形状の像が重なった形で矩形の均一な照明エリアが形成されることになる。この照明エリアに後述の反射型液晶表示素子６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂを配置する。次に、偏光変換素子４５によりＳ偏光とされた光は、ダイクロイックミラー５８に入射する。尚、ダイクロイックミラー５８は、Ｂ（４３０〜４９５ｎｍ）とＲ（５９０〜６５０ｎｍ）の光は反射し、Ｇ（５０５〜５８０ｎｍ）の光は透過する。

次に、Ｇの光路について説明する。
ダイクロイックミラー５８を透過したＧの光は入射側偏光板５９に入射する。尚、Ｇの光はダイクロイックミラー５８によって分解された後もＳ偏光となっている。そしてＧの光は、入射側偏光板５９から出射した後、第１の偏光ビームスプリッター６０に対してＳ偏光として入射して偏光分離面で反射され、Ｇ用の反射型液晶表示素子６１Ｇへと至る。Ｇ用の反射型液晶表示素子６１Ｇにおいては、Ｇの光が画像変調されて反射される。画像変調されたＧの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第１の偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面で反射し、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＧの反射光のうちＰ偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面を透過し、投射光として第３の偏光ビームスプリッター６９に向かう。このとき、すべての偏光成分をＳ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１の偏光ビームスプリッター６０とＧ用の反射型液晶表示素子６１Ｇとの間に設けられた１／４波長板６２Ｇの遅相軸を所定の方向に調整することにより、第１の偏光ビームスプリッター６０とＧ用の反射型液晶表示素子６１Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができる。第１の偏光ビームスプリッター６０から出射したＧの光は、第３の偏光ビームスプリッター６９に対してＰ偏光として入射し、第３の偏光ビームスプリッター６９の偏光分離面を透過して投射レンズ７０へと至る。

一方、ダイクロイックミラー５８を反射したＲとＢの光は、入射側偏光板６４に入射する。尚、ＲとＢの光はダイクロイックミラー５８によって分解された後もＳ偏光となっている。そしてＲとＢの光は、入射側偏光板６４から出射した後、第１の色選択性位相差板６５に入射する。第１の色選択性位相差板６５は、Ｂの光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＢの光はＰ偏光として、Ｒの光はＳ偏光として第２の偏光ビームスプリッター６６に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター６６に入射したＲの光は、第２の偏光ビームスプリッター６６の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子６１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター６６に入射したＢの光は、第２の偏光ビームスプリッター６６の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子６１Ｂへと至る。
Ｒ用の反射型液晶表示素子６１Ｒに入射したＲの光は画像変調されて反射される。画像変調されたＲの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター６６の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲの反射光のうちＰ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター６６の偏光分離面を透過して投射光として第２の色選択性位相板６７に向かう。

また、Ｂ用の反射型液晶表示素子６１Ｂに入射したＢの光は画像変調されて反射される。画像変調されたＢの反射光のうちＰ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター６６の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢの反射光のうちＳ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター６６の偏光分離面で反射して投射光として第２の色選択性位相板６７に向かう。
このとき、第２の偏光ビームスプリッター６６とＲ用，Ｂ用の反射型液晶表示素子６１Ｒ，６１Ｂの間に設けられた１／４波長板６２Ｒ，６２Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇの場合と同じようにＲ，Ｂそれぞれの黒の表示の調整を行うことができる。

こうして１つの光束に合成され、第２の偏光ビームスプリッター６６から出射したＲとＢの投射光のうちＲの光は、第２の色選択性位相板６７によって偏光方向が９０度回転されてＳ偏光成分となり、さらに出射側偏光板６８で検光されて第３の偏光ビームスプリッター６９に入射する。また、Ｂの光はＳ偏光のまま第２の色選択性位相板６７をそのまま透過し、さらに出射側偏光板６８で検光されて第３の偏光ビームスプリッター６９に入射する。尚、出射側偏光板６８で検光されることにより、ＲとＢの投射光は第２の偏光ビームスプリッター６６とＲ用，Ｂ用の反射型液晶表示素子６１Ｒ，６１Ｂ、１／４波長板６２Ｒ、６２Ｂを通ることによって生じた無効な成分をカットされた光となる。
そして、第３の偏光ビームスプリッター６９に入射したＲとＢの投射光は第３の偏光ビームスプリッター６９の偏光分離面を反射し、前述した該偏光分離面にて反射したＧの光と合成されて投射レンズ光学系７０に至る。
そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂの投射光は、投射レンズ光学系７０によってスクリーンなどの被投射面に拡大投影される。

以上説明した光路は反射型液晶表示素子が白表示の場合である為、以下に反射型液晶表示素子が黒表示の場合での光路を説明する。
まず、Ｇの光路について説明する。
ダイクロイックミラー５８を透過したＧの光のＳ偏光光は入射側偏光板５９に入射し、その後、第１の偏光ビームスプリッター６０に入射して偏光分離面で反射され、Ｇ用の反射型液晶表示素子６１Ｇへと至る。しかし、反射型液晶表示素子６１Ｇが黒表示の為、Ｇの光は画像変調されないまま反射される。従って、反射型液晶表示素子６１Ｇで反射された後もＧの光はＳ偏光光のままである為、再び第１の偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面で反射し、入射側偏光板５９を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。

次に、ＲとＢの光路について説明する。
ダイクロイックミラー５８を反射したＲとＢの光のＳ偏光光は、入射側偏光板６４に入射する。そしてＲとＢの光は、入射側偏光板６４から出射した後、第１の色選択性位相差板６５に入射する。第１の色選択性位相差板６５は、Ｂの光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＢの光はＰ偏光として、Ｒの光はＳ偏光として第２の偏光ビームスプリッター６６に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター６６に入射したＲの光は、第２の偏光ビームスプリッター６６の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子６１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター６６に入射したＢの光は、第２の偏光ビームスプリッター６６の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子６１Ｂへと至る。ここでＲ用の反射型液晶表示素子６１Ｒは黒表示の為、Ｒ用の反射型液晶表示素子６１Ｒに入射したＲの光は画像変調されないまま反射される。従って、Ｒ用の反射型液晶表示素子６１Ｒで反射された後もＲの光はＳ偏光光のままである為、再び第１の偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面で反射し、入射側偏光板６４を通過して光源側に戻され、投射光から除去される為、黒表示となる。一方、Ｂ用の反射型液晶表示素子６１Ｂに入射したＢの光はＢ用の反射型液晶表示素子６１Ｂが黒表示の為、画像変調されないまま反射される。従って、Ｂ用の反射型液晶表示素子６１Ｂで反射された後もＢの光はＰ偏光光のままである為、再び第１の偏光ビームスプリッター６０の偏光分離面を透過し、第１の色選択性位相差板６５により、Ｓ偏光に変換され、入射側偏光板６４を透過して光源側に戻されて投射光から除去される。
以上が、反射型液晶表示素子（反射型液晶パネル）を使用した投射型画像表示装置での光学構成である。

次に、図１に示された光源ランプ（光源）周辺について、図３〜図５を用いて、詳細に説明する。
光源ランプ（例えば高圧水銀放電ランプ）１は図９に示すように球体部１０１ａの内部に電極１０１ｂと１０１ｃが対向して配置された発光管１０１と、前記発光管から光を平行光に変換するリフレクタ１０２と前記発光管１０１とリフレクタ１０２を光学的に位置あわせした後、これらを結合するための結合部材１０３より構成されている。（ここで、電極１０１ｂと１０１ｃは、陰極および陽極のどちらでも同様であるが、本発明では１０１ｂを陽極、１０１ｃを陰極として説明を行う）更に、結合部材１０３には上下方向に開口（不図示）が設けられており、前記結合部材開口部（不図示）には例えば網状のフィルターが取り付けられている。

前記光源１は押えバネなどの押し付け部材（不図示）を介して光源保持部材（ランプホルダー）２に固定される。前記ランプホルダー２には、冷却風の入り口となる開口２ａと冷却後の風の出口となる開口（不図示）が設けられている。また、前記ランプホルダーには前面ガラス３がガラス押え４によりランプホルダー２に取付けられている。更にランプホルダー２にはランプ結合部材開口部（不図示）に向かってジャンプ台状の導風壁２ｂが形成されている。

ここで、本構成では前記複数の開口が前記ランプホルダー２に設けられた構成を示しているが、この吸気用の開口２ａおよび排気用の開口（不図示）がリフレクタに設けられた構成でも良い。更に前面ガラス３もリフレクタに接着された構成でも良く、この場合ガラス押え４は不要となる。
また、光源１の側面には冷却用ファン１４が配置され、ファン１４は複数の開口を有するファン保持台１５にファン押え板１６によって固定されている。
このような構成にすることで、ファン１４から送風された冷却風はファン保持台１５に設けた開口１５ａを通過し、冷却風の一部は前記ランプホルダー２に設けられた開口２ａからリフレクタ１０２内部に送り込まれる。そして、この風は管球１０１の陽極側１０１ｂを冷却し、ランプホルダー２の開口２ａとは対面した位置に設けられている壁にぶつかることで、リフレクタ１０２の壁面を沿って図４に示す矢印のように管球１０１の球体部１０１ａに向かって流れる。そうすることで最も高温となる球体部１０１ａを冷却し、更にリフレクタ１０２内壁面を沿って流れ、ランプホルダー２の開口２ｃから排気される。

一方、図５に示すようにファン１４から送風された冷却風の他の一部はファン保持台１５に設けた上記開口とは別の開口１５ｂを通過し、ランプホルダー２に設けられた導風壁２ｂによって集められ風速および風圧を高めた状態でランプ結合部材１０３に設けられた開口１０３ａから送風される。開口１０３ａから結合部材の内部へ送風された冷却風は発光管１０１の陰極部１０１ｃを冷却した後、結合部材１０３の開口１０３ｂより排気される。
このとき、リフレクタ１０２後方で結合部材１０３との連結部は発光管を位置合わせして固着できるようにリフレクタ１０２には開口１０２ａが設けられている。しかしながら、前述したように、開口１０２ａは開口が狭く空気が通るには抵抗となるだけでなく、本発明ではリフレクタ１０２の吸気用開口２ａと結合部材１０３ａから送風しているため、リフレクタ１０２内部と結合部材１０３内部で圧が高まり、お互いの流れを抑制するような空気の行き来はほとんど起きないため、それぞれの冷却風の吸気から排気までの流れを独立化することができる。

そうすることで、ランプ発光管１０１の中でも比較的温度が低いそれぞれの電極シール部は、ファンから送られてすぐの比較的温度の低い冷却風で冷却でき、逆にランプ発光管の中で最も高い球体部１０１ａは、陽極部１０１ｂを冷却した後の風で冷却するという効率な冷却を実現することができる。更に、ランプ消灯後を考えるとリフレクタ内部に配置されている球体部１０１ａや陽極部１０１ｂはランプ点燈時の発熱のために高温になっていたことにより短時間で冷却されにくいのに対し、最も高温となる球体部が存在するリフレクタ内部というスペース（図４記載のＡ）とは別にある発光管陰極部１０１ｃを独立した（他の被冷却対象物には影響を受けない）冷却風で冷却をすることで（図４記載のＢ）、球体部１０１ａや陽極部１０１ｂよりも先に１０１ｃの温度を下げることが可能となる。図６は本発明の構成における装置において、陽極１０１ｂと陰極１０１ｃとの温度を測定したときのデータである。

図６において横軸は時間、縦軸は温度を示す。この図６においても、陰極側が常に温度が低くなるように冷却されていることが分かる。その結果、発光管１０１球体部１０１ａ内部に封入されている水銀は液化する際に、一番早く沸点を下回る陰極に常に付着するようになる。そのため、次回のランプ点燈に欠かせないグロー放電期間では陰極に陽イオンが衝突し、スパッタされるのを水銀が防ぐことができ、黒化の発生原因となっているタングステンの蒸発を極力避けることができるようになった結果、ランプ自体の寿命を延ばすことに成功した。

ここで、ランプの水銀付着状況について補足すると、水銀が液化する沸点温度は気圧によって変化することは広く知られている。本発明で使用の放電ランプも発光管球体部１０１ａは高温になっていることから気圧が高まっていることが推測できるが、消灯時の温度低下期間においては実際の気圧は分かっておらず、沸点温度は導き出せないだけでなく、水銀が安定して付着するまでのその挙動が明らかでないことから、本発明では水銀を付着させるべき陰極が常に温度が低くなるような構成を発明する。

［実施例２］
実施例２は、本発明を適用して光源装置を構成したものである。
図７に本実施例における光源装置の概略図を示す。
実施例１では結合部材１０３の開口１０３ａがファンから風向きに対して垂直方向となっていた。しかし、図７に示すように前記開口１０３ａおよび１０３ｂがファンからの送風方向と同じ方向に向いていても同様の効果が得られる。この場合においても、ランプホルダー２の開口２ａからリフレクタ１０２内部に送風される風と、結合部材１０３の開口１０３ａから送風される風はそれぞれの独立の流れを構築しているため、実施例１と同様に、電極部はファンから送られてすぐの比較的温度の低い冷却風で冷却でき、逆にランプ発光管の中で最も高い球体部１０１ａは、陽極部１０１ｂを冷却した後の風で冷却するという効率な冷却を実現することができる。

更に、ランプ消灯後を考えるとリフレクタ内部に配置されている球体部１０１ａや陽極部１０１ｂは高温になっていたからすぐには冷却されにくいのに対し、最も高温となる球体部が存在するリフレクタ内部というスペースとは別にある発光管陰極部１０１ｃを独立した（他の被冷却対象物には影響を受けない）冷却風で冷却をすることで、球体部１０１ａや陽極部１０１ｂよりも先に温度を下げることが可能となり、球体部１０１ａ内部に封入されている水銀は液化する際に、一番早く沸点を下回る陰極に常に付着するようになる。そのため、次回のランプ点燈に欠かせないグロー放電期間では陰極に陽イオンが衝突し、スパッタされるのを水銀が防ぐことができ、黒化の発生原因となっているタングステンの蒸発を極力避けることができるようになった結果、ランプ自体の寿命を延ばすことに成功した。
また、結合部１０３に設けられている開口１０３ａは比較的狭いことから、送風する風量および風圧を稼ぐために前記開口１０３ａまで風を導く導風壁（不図示）を設けることでより一層の冷却効果をあげることが可能となる。

［実施例３］
実施例３は、本発明を適用して光源装置を構成したものである。
図８に本実施例における光源装置の概略図を示す。
実施例１および実施例２では、結合部材１０３に設けられた開口１０３ａおよび１０３ｂの開口の向きについて説明したが、これらどちらもファン１つの風を分割する構成で説明を行ってきた。しかし、ランプホルダー２の開口２ａから送風される風と、結合部材１０３の開口１０３ａから送風される風とは、図８に示すように別のファン１４ａで構成されてもよい。
図８では開口２ａから送風するファンをシロッコファン１４ａ、導風壁２ｂから送風するファンを軸流ファン１４で示したが、周辺スペースなどの関係でファンの種類を変更しても良く、本発明はファンの種類にはよらない。それぞれの独立の流れを構築しているため、実施例１と同様に、電極部はファンから送られてすぐの比較的温度の低い冷却風で冷却でき、逆にランプ発光管の中で最も高い球体部１０１ａは、陽極部１０１ｂを冷却した後の風で冷却するという効率な冷却を実現することができる。

本発明の実施例１における光源装置を搭載した投影型画像表示装置の全体構成を示す図。本発明の実施例１における光源装置を搭載した投影型画像表示装置の光学構成を示す図。本発明の実施例１における光源装置の構成を示す図。本発明の実施例１における光源装置内の冷却風の流れを説明する図。本発明の実施例１における光源装置内の冷却風の流れを説明する図。本発明の効果を表す温度推移グラフ。本発明の実施例２における光源装置の構成を示す図。本発明の実施例３における光源装置の構成を示す図。一般的に用いられる水銀放電ランプの構造を説明する図。特許文献１における従来例を説明する図。特許文献２における従来例を説明する図。

符号の説明

１：光源ランプ
２：ランプホルダーー
２ａ：吸気用開口
２ｂ：導風壁
３：防爆ガラス
４：ガラス押さえ
１４：冷却用ファン
１５：ファン保持台
１６：ファン押さ板
１０３ｂ：結合部材排気用開口

Claims

少なくとも１つの送風手段と、対向配置された陰極と陽極の間に発光部を有する発光管が結合部材を介してリフレクタに固定されている水銀放電ランプとを有する光源装置において、
前記発光管の陰極は前記結合部材側に配置されると共に、前記発光管の陽極は前記発光部を挟んで前記陰極と反対側に配置されており、
前記送風手段からの冷却風を集めて風速および風圧を高めるように形成された導風壁を有し、前記送風手段から前記導風壁を介して前記結合部材側に導かれた冷却風によって前記発光管の陰極を冷却する第１の流路と、
前記送風手段からの冷却風が前記発光管の陽極側から発光部側に導かれる第２の流路とが、それぞれ別の流路として構成されており、
前記水銀放電ランプの消灯に際して前記陰極の温度は前記陽極と前記発光部の温度よりも早く水銀の沸点を下回ることを特徴とする光源装置。
前記結合部材は、前記導風壁を介して前記結合部材側に導かれた前記送風手段からの冷却風を、該結合部材に設けられた開口を介して該結合部材に固定されている発光管側に導風するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記第１の流路と前記第２の流路に冷却風を送風する送風手段が、それぞれ別の送風手段によって構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置からの光を用いて、画像を被投射面上に投射することを特徴とする投射型表示装置。