JP4893910B2 - ランプユニット及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタの光源に適したランプユニット及びこのランプユニットを用いたプロジェクタに関する

今日、液晶やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いた小型のプロジェクタが多用されるようになってきた。
このプロジェクタは、高輝度の光源が用いられ、メタルハイランドランプや高圧水銀ランプなどの小型高輝度の放電ランプにリフレクタとしての凹面反射鏡を取り付けたランプユニットをプロジェクタに組み込むことが多い。

そして、その光源となるランプユニットは、回転放物線形状や回転楕円面形状のリフレクタを用いたものが多く用いられ、例えば特許文献１に記載されたものがある。
このランプユニットは、リフレクタの楕円焦点に高輝度の放電ランプを設置し、前方または後方に向けて光源である放電ランプから射出された射出光を、この回転楕円面形状のリフレクタで反射させ、ライトトンネルや導光ロッドに集光するものである。

前述のように、回転放物線形状や回転楕円面形状のリフレクタにより放電ランプなどのランプにおける発光管部から前方や後方に射出された光を反射させるに際し、反射光の集光率を上げるため、リフレクタをランプの輝点後方から輝点前方に至る長さとしてリフレクタによりランプを包むため、ランプユニットにおけるランプからライトトンネル又は導光ロッドまでの距離を短くすることはできず、その結果、光源部分のサイズが大きくなり、プロジェクタの小型化が困難であった。

また、放電ランプなどのランプはリフレクタの奥に配置されることとなり、空気の循環効率が悪く冷却が困難であった。
そこで本発明は、冷却が容易な小型のランプユニットとすると共に、このランプユニットを用いた小型のプロジェクタを提供するものである。

本発明は、ランプとリフレクタと前記リフレクタを固定する固定台とで構成されるランプユニットであって、
前記リフレクタは、
前記ランプから前記導光孔側に出射された光を前記ランプ側に反射する前方リフレクタと、
前記ランプから前記導光孔と反対側に出射された光を前記導光孔側に反射する後方リフレクタと、
からなり、
前記前方リフレクタの中央に導光孔を有すると共に、前記ランプの長手方向が前記リフレクタの光軸方向に対して垂直とされ、
前記リフレクタの側方に切欠き部を有して前記ランプの側管を前記リフレクタの外部に突出させ、
前記ランプの側管周辺に間隙を備え、
前記固定台の中に、前記間隙より前記リフレクタに外気を送り込んで前記ランプを冷却する冷却装置を設けていることを特徴とする。

そして、前記前方リフレクタの内面形状は球面形状とされ、前記後方リフレクタの内面形状は回転楕円面形状とされていることが好ましい。
また、前記後方リフレクタの二つの楕円焦点のうち、前記導光孔側の楕円焦点を前記導光孔より外側に位置させていることが好ましい。
また、前記ランプの輝点中心が、前記前方リフレクタの曲率中心に位置することが好ましい。

なお、前記前方リフレクタの内面形状は平面形状とし、前記後方リフレクタの内面形状は回転楕円面形状としてもよい。

そして、前記リフレクタの導光孔に導光ロッドが挿入されていることが好ましい。
前記リフレクタの切欠き部に冷却装置のダクトを接続してもよい。
前記リフレクタの両側に冷却装置のファンを配置してもよい。
前記リフレクタの両側の冷却装置のファンは、一方が前記リフレクタへの吸気、他方が前記リフレクタからの排気を行うように回転するようにすることが好ましい。

また、本発明は、ランプユニット、光源側光学系、表示素子、投影系レンズ、更に、電源回路とプロジェクタ制御回路を備えたプロジェクタであって、
前記ランプユニットは、上記のいずれかの特徴を備えるランプユニットであることを特徴とする。

本発明は、ランプの長手方向をリフレクタの光軸方向に対して垂直とする故、リフレクタの光軸方向長さがランプの口金方向長さに影響されず、リフレクタのサイズを小さくして導光孔から効率良く光を射出することができる。
また、リフレクタの両側に設けた切欠き部から通気を行ってランプを効率良く冷却することができる。

そして、プロジェクタのうちで最も高温且つ発熱量の大きいリフレクタを小型且つ冷却容易とすることにより、プロジェクタを小型化することが容易となる。

本発明の実施の形態は、光源とする放電ランプ120とリフレクタ130とで構成したランプユニット100であって、リフレクタ130は、内面形状が球面形状である前方リフレクタ131と、内面形状が回転楕円面形状とされる後方リフレクタ133とで形成し、前方リフレクタ131の中央に導光孔140を設け、該導光孔140に導光ロッド170を挿入し、光源となる放電ランプ120の長手方向をリフレクタ130の光軸方向と垂直とし、リフレクタ130の側方に前記放電ランプ120の側管123より大きな切欠き部135を設けて放電ランプ120の口金125をリフレクタ130の外部に突出させ、前記放電ランプ120の輝点を前方リフレクタ131の内面の曲率中心に位置させ、且つ、後方リフレクタ133の楕円焦点位置に位置させると共に、後方リフレクタ133の他の焦点位置近くに導光孔140を貫通する導光ロッド170の中央部や射出部近くを位置させ、更に、リフレクタ130の両側方に冷却装置を配置したランプユニット100とするものである。

本発明に係るランプユニット100は、図１に示すように、略半球形状の前方リフレクタ131と後方リフレクタ133とで形成するリフレクタ130により、光源としてのランプである放電ランプ120を包むようにするものであり、前後の接合面には対向する両側に1対の切欠き部135を形成して放電ランプ120の口金125や電極を取り付ける側管123を突出させるランプユニット100である。

このリフレクタ130は、前方リフレクタ131と後方リフレクタ133とで形成するものであり、前方リフレクタ131の内面は球面とし、また、後方リフレクタ133の内面は回転楕円面とし、前方リフレクタ131と後方リフレクタ133とを、図２に示すように、互いに切り口同士を接合してリフレクタ130とし、また、この接合面の一部に各々半円状の切り欠きを設けて内部に放電ランプ120を配置するものである。

この放電ランプ120は、リフレクタ130の光軸と垂直となるように設置し、リフレクタ130の両側方に設けた切欠き部135から放電ランプ120の口金125や側管123をリフレクタ130の外部に突出させるものであり、この切欠き部135は、前方リフレクタ131と後方リフレクタ133の接合面の対向する位置に設け、この切欠き部135の直径を口金125や側管123の外径よりも大きくして、側管123の周囲には間隙を形成するようにしているものである。

これにより、リフレクタ130の長手方向のサイズを放電ランプ120の長手方向長さに拘束されずに設計することができ、また、リフレクタ130の両側方に設ける切欠き部135を冷却口として使用することができ、放電ランプ120に冷却ファンの風を効率的に当てることができる。

そして、内面を球面とした前方リフレクタ131の曲率中心に放電ランプ120の輝点となる発光管部121を位置させているものである。
従って、前方リフレクタ131に向けて射出された射出光は、内面を球面とした前方リフレクタ131により反射されたとき、その復路は往路を戻るようにして再度光源の位置を通り、後方リフレクタ133に向けて射出されることになる。

また、この放電ランプ120の発光管部121は、回転楕円面形状とする後方リフレクタ133が有する２つの焦点の内の１つの焦点位置に位置させているものである。
従って、後方リフレクタ133に向けて射出された射出光は、内面を回転楕円面とした後方リフレクタ133により反射され、後方リフレクタ133の他方の楕円焦点に向けて射出される。

これにより、前方リフレクタ131により反射された光と共に放電ランプ120から後方の後方リフレクタ133に向けて射出される光は、後方リフレクタ133により反射され、後方リフレクタ133の他方の楕円焦点に集光されることになる。
このように、光源である放電ランプ120から発せられた光は、前方に射出される光が内面を球面とした前方リフレクタ131により反射され、その復路は往路とその軌跡を同じくして再度光源付近を通って後方に射出され、放電ランプ120から直接後方に射出される光と合わされて後方リフレクタ133により反射され、放電ランプ120から発せられる全ての光が後方リフレクタ133の他方の楕円焦点に集光されることになる。

また、前方リフレクタ131の略中央に、図1に示したように、導光孔140を穿設し、導光ロッド170をこの導光孔140に挿入するものとし、後方リフレクタ133の楕円焦点を導光ロッド170の中央や入射端部である後端、又は射出端部である前端などに位置させている。

このため、導光ロッド170の入射端部に放電ランプ120から発せられた光の大部分を入射することができ、入射した光を導光ロッド170内周面の反射膜により反射しながら導き、導光ロッド170の射出面から均一な強度分布の光としてリフレクタ130から射出することができる。

そして、放電ランプ120の前方に内面形状を球面形状とした前方リフレクタ131を配置し、放電ランプ120の後方に内面形状が回転楕円面形状とされる後方リフレクタ133を配置して、図３に示すように放電ランプ120から発せられる光の全てを後方リフレクタ133の楕円焦点位置に集光させて導光ロッド170に入射することができるため、導光ロッド170を放電ランプ120に近い位置に配置することができ、ランプユニット100と導光ロッド170を全体として小さいものとすることができる。

さらに、ランプユニット100の他の実施例としては、図４に示すように、前方リフレクタ131の内面を平面とするものがある。
これにより、リフレクタ130の放電ランプ120から導光ロッド170の射出端部までの距離をさらに短くすることができ、ランプユニット100の更なる小型化を可能とする。

そして、放電ランプ120を固定し、且つ、冷却ファン151を設置するための固定台150を、図５に示したように、リフレクタ130の側方に設置するものである。
また、ランプユニット100の他の側部は、支持台160から上方に延設した支持柱161により放電ランプ120の側管123を支持し、支持柱161から側方に延設した複数の支持部163によりリフレクタ130における切欠き部135の周縁を支持するものであり、支持部163と支持部163との間には間隙165を形成しているものである。

なお、支持部163により切欠き部135の周縁を支持するに際しては、切欠き部135の内縁と放電ランプ120の側管123の周囲との間に間隙を設けて側管123が切欠き部135の内縁と接しないようにしているものである。
そして、放電ランプ120の別の一方の口金125を固定台150により固定するに際しては、リフレクタ130の側方に設置した固定台150により、ランプ口金125と切欠き部135との間に一定の隙間を設けるように固定することで、リフレクタ130内の空気と外部の空気との通気を良好に行えるようにしている。

この固定台150は、その中心に、放電ランプ120の口金125を固定するため当該口金125と略同径の固定孔152が形成され、また、冷却ファン151を回転可能とするようにベアリングにより固定台150の内部に冷却ファン151を設置し、更にファン駆動モータも格納しているものである。

そして、固定台150の上部には吸気または排気のための第1換気孔153を設け、また、中心付近にはリフレクタ130内部に通気するためのダクトを設け、また排気または吸気のための第２換気孔154を固定台150の中央に設け、この第２換気孔154とリフレクタ130の切欠き部135とをダクト155により接続しているものである。

従って、冷却ファン151がモータにより所定方向に回転すると、第1換気孔153から外気が吸気され、第２換気孔154から排出され、第２換気孔154をリフレクタ130の切欠き部135とダクト155により接続しているため、ランプ口金125と切欠き部135との空隙からリフレクタ130内部へ外気を送り込むことができる。

これにより、リフレクタ130内部の空気よりも温度の低い空気を効率よく送り込むことができ、左右の切欠き部135を利用して放電ランプ120の冷却を行うことができるため、冷却効率を上げることができると共に、冷却装置全体として小型化することができる。

なお、ランプユニット100の一方を支持台160の支持柱161や支持部163で支持し、他方を固定台150で支持する場合のみでなく、ランプユニット100の両側を固定台150で支持する場合もある。
この場合は、ランプユニット100の両側に固定台150を配置し、２つの固定台150における冷却ファン151を逆に回転させることにより、一方の固定台150における切欠き部135の近傍に位置する第２換気孔154を排気口とし、他方の固定台150における切欠き部135の近傍に位置する第２換気孔154を吸気口とするものであって、両側の固定台150における第２換気孔154とランプユニット100の両側の切欠き部135の周縁との接続にダクト155を用いることなく、空隙を備える支持部により切欠き部135の周縁と第２換気孔154の周縁とを接続するものである。

従って、一方の固定台150における第２換気孔154から排出される空気の一部は切欠き部135からランプユニット100の内部に吹き込まれると共に一部の空気がランプユニット100の周囲を流れてランプユニット100を冷却し、他方の固定台150における吸気口とした第２換気孔154には、ランプユニット100の内部の熱気やランプユニット100の周辺の熱気などが吸い込まれ、ランプユニット100の内部に設けた放電ランプ120自体やランプユニット100全体を効果的に冷却することができる。

そして、このランプユニット100を組み込むプロジェクタ200は、図６に示すように、全体を直方体形状としたプロジェクタ200であって、前面には投影口を覆うレンズカバー203を有し、上面には、電源スイッチキーや電源のオンまたはオフ状態を表示する電源インジケータ、光源ランプの点灯を示すランプインジケータや光源装置などが過熱した場合に警告を表示する過熱インジケータなどのキー・インジケータ部201、スピーカ穴207、及び、プロジェクタ200の詳細な設定や調整を行うためのサブキーをカバーする開閉蓋209などが設けられ、側面には通気孔205を有するものである。

そして、図示しない背面には、ＵＳＢ端子や画像信号入力用のＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、ＲＣＡ端子などや電源コンセント、リモートコントローラからの制御信号を受信する制御信号受信部を有し、ＵＳＢ端子やＤ−ＳＵＢ端子などから入力されるビデオ信号や映像信号を、内蔵するマイクロコンピュータなどの制御回路により画像処理を行ってＲＧＢの画像信号とし、表示素子を駆動制御するものである。

この表示素子を含む当該プロジェクタ200の光学系としては、図７に示すように、両側を固定台150により支持されたランプユニット100と、複数の画素が行方向及び列方向にマトリクス状に配列された複数の画素に入射した光の射出を制御して画像を表示する表示素子250と、前記ランプユニット100からの射出光を前記表示素子250に入射させる光源側光学系220と、前記表示素子250からの射出光を図示しないスクリーン等の投影面に投影する投影系レンズ群270で形成しているものである。

一方、図７に示した表示素子250は、カラーフィルターのような入射光を着色する手段を備えない表示素子250であり、この実施例では、一般にＤＭＤと略称されるマイクロミラー表示素子250（Digital Micromirror Device）を用いている。

このマイクロミラー表示素子250は、その正面方向に対して一方向に傾いた入射方向から所定の角度範囲の入射角で入射した光を、前記複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより正面方向と斜め方向とに反射して画像を表示するものであり、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより正面方向に反射し、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより斜め方向に反射し、正面方向への反射による明表示と、斜め方向への反射による暗表示とにより画像を表示する。

また、ランプユニット100からの射出光をマイクロミラー表示素子250に入射させる光源側光学系220は、ランプユニット100からの射出光の強度分布を均一にするための導光ロッド170から射出された光をカラーホイール210に照射して赤、緑、青の３色に順次着色し、この着色された光をマイクロミラー表示素子250の前面に向けて投射する複数枚の光源側レンズ群で形成している。

このカラーホイール210は、扇状の赤、緑、青の３色のカラーフィルターが周方向に並べて設けられた回転板からなっており、その中心をランプユニット100からの射出光の光路の側方に配置されたホイール回転モータの回転軸に固定され、ホイール周方向の一部をランプユニット100からの射出光の光路に介在させるように導光ロッド170の射出口側に位置させて配置している。

そして、光源側光学系220から射出された光は、ミラー230によりランプユニット100からの射出光の光軸に対して所定角度斜めに傾けて表示素子250に向けて反射し、表示素子250の正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から表示素子250に照射しているものである。

また、投影系レンズ群270は、入射側固定鏡筒と、この固定鏡筒に係合され、回転操作により軸方向に進退移動される射出側可動鏡筒とを備え、これらの鏡筒、内にそれぞれ複数枚のレンズ素子を組み合わせて構成されたレンズ群を設けた可変焦点レンズである。

従って、このプロジェクタ200では、ランプユニット100から光を射出させ、カラーホイール210を高速で回転駆動させることにより、ランプユニット100から射出して光源側光学系220に入射する光を、カラーホイール210により赤、緑、青の３色に順次着色し、ミラー230により表示素子250に向けて投射するとともに、赤、緑、青の光の投射周期に同期させて表示素子250に赤、緑、青の単色画像データを制御回路から順次書込むことにより、表示素子250に赤、緑、青の単色画像を順次表示させ、表示素子250から順次射出する赤、緑、青の単色画像光を、投影系レンズ群270により拡大して投影面に投影するものであり、投影面に、赤、緑、青の３色の単色画像が重なって見えるフルカラー画像を表示するものである。

このように、このプロジェクタ200は固定台150により両側を支持したランプユニット100から射出される光によって画像をスクリーンなどに投影し、ランプユニット100を小型化することで、プロジェクタ200全体を小型化することのできるものである。
なお、本発明は、以上の実施例の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

本発明に係るランプユニットの外観を示した斜視図である。 本発明に係るランプユニットの構造を示した断面斜視図である。 本発明に係るランプユニットの光路を模式的に示した断面図である。 本発明に係るランプユニットの他の例を示した断面図である。 本発明に係るランプユニットの固定構造の例を示した断面図である。 本発明に係るランプユニットを組み込んだプロジェクタの外観を示した斜視図である。 本発明に係るランプユニットを組み込んだプロジェクタの光学系を模式的に示した斜視図である。

符号の説明

１００ ランプユニット
１２０ 放電ランプ １２１ 発光管部
１２３ 側管 １２５ 口金
１３０ リフレクタ １３１ 前方リフレクタ
１３３ 後方リフレクタ １３５ 切欠き部
１４０ 導光孔
１５０ 固定台 １５１ 冷却ファン
１５２ 固定孔 １５３ 第１換気孔
１５４ 第２換気孔 １５５ ダクト
１６０ 支持台 １６１ 支持柱
１６３ 支持部 １６５ 間隙
１７０ 導光ロッド
２００ プロジェクタ
２０１ キー・インジケータ部 ２０３ レンズカバー
２０５ 通気孔 ２０７ スピーカ穴
２０９ 開閉蓋
２１０ カラーホイール ２２０ 光源側光学系
２３０ ミラー ２５０ 表示素子
２７０ 投影系レンズ群

Claims (10)

1. ランプとリフレクタと前記ランプを固定する固定台とで構成されるランプユニットであって、
   前記リフレクタは、
   前記ランプから前記導光孔側に出射された光を前記ランプ側に反射する前方リフレクタと、
   前記ランプから前記導光孔と反対側に出射された光を前記導光孔側に反射する後方リフレクタと、
   からなり、
   前記前方リフレクタの中央に導光孔を有すると共に、前記ランプの長手方向が前記リフレクタの光軸方向に対して垂直とされ、
   前記リフレクタの側方に切欠き部を有して前記ランプの側管を前記リフレクタの外部に突出させ、
   前記ランプの側管周辺に間隙を備え、
   前記固定台の中に、前記間隙より前記リフレクタに外気を送り込んで前記ランプを冷却する冷却装置を設けていることを特徴とするランプユニット。
2. 前記前方リフレクタの内面形状は球面形状とされ、前記後方リフレクタの内面形状は回転楕円面形状とされていることを特徴とする請求項１に記載したランプユニット。
3. 前記後方リフレクタの二つの楕円焦点のうち、前記導光孔側の楕円焦点を前記導光孔より外側に位置させていることを特徴とする請求項２に記載したランプユニット。
4. 前記ランプの輝点中心が、前記前方リフレクタの曲率中心に位置することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載したランプユニット。
5. 前記前方リフレクタの内面形状は平面とし、前記後方リフレクタの内面形状は回転楕円面とすることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載したランプユニット。
6. 前記前方リフレクタの導光孔に導光ロッドが挿入されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載したランプユニット。
7. 前記リフレクタの切欠き部に冷却装置のダクトを接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載したランプユニット。
8. 前記リフレクタの両側に冷却装置のファンを配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載したランプユニット。
9. 前記リフレクタの両側の冷却装置のファンは、一方が前記リフレクタへの吸気、他方が前記リフレクタからの排気を行うように回転することを特徴とする請求項８に記載したランプユニット。
10. ランプユニット、光源側光学系、表示素子、投影系レンズ、更に、電源回路とプロジェクタ制御回路を備えたプロジェクタであって、
    前記ランプユニットは、請求項１乃至請求項９の何れかに記載したランプユニットであることを特徴とするプロジェクタ。
    

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