JPH0822075A - 光学装置及びその冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶プロジェクターのような光学装置におい
て、メタルハライドランプ等のような光源を効果的に冷
却する。 【構成】 凹面鏡１１と、この凹面鏡の凹部内に光軸に
沿って配設された発光部１２と、発光部の周囲を冷却す
る冷却構造とを備えた光学装置において、冷却構造は、
発光部１２の前方において、凹面鏡１１の光軸に概ね直
交する気体流４を生じさせる手段と、凹面鏡１１の凹部
内に還流する気体流５を生じさせる手段とを具備してい
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば液晶プロジェク
ターのような、光源として凹面鏡付き発光部を備えた光
学装置及びその冷却方法に関する。更にまた、本発明
は、低温高圧領域と高温低圧領域とを備えた光学装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクターは、対角数インチの
透過型の液晶パネルの表示を、光学系を通して１０倍か
ら１００倍に拡大してスクリーンに投影表示するもので
ある。そのため、光源としては投入電力が１５０Ｗ〜２
００Ｗ程度の高出力のものであって、放電により希ガス
等を発光させる放電発光型のメタルハライドランプ等が
用いられている。メタルハライドランプは、石英管に水
銀、希土類金属など発光用材料を封入した発光部と、放
電用の電極からなり、凹面鏡に固定して、液晶プロジェ
クター等の光学装置に組み込まれる。

【０００３】メタルハライドランプは、図１７及び図１
８に示すように、発光部の石英管がおよそ８００℃以下
になると、水銀発光が優位になるなどして、発光効率が
急激に小さくなるとともに、発光スペクトルが急激に変
化し、輝度が低くて白バランスが崩れた表示になる、と
いう問題がある。一方、発光部の消費電力にもよるが、
発光部の石英管がおよそ９００℃以上になると、石英管
と発光用材料の反応が急速に進行し、発光用材料組成が
変化してスペクトルが変質し表示色が変化するととも
に、石英管が白濁して不透明となり光を吸収して実質的
に発光量が減少するほか、高い内部圧力（１５〜２０気
圧）と、白濁石英管の吸光と発熱による温度上昇で当該
石英管の膨張変形が発生する等により、長時間の使用に
耐えられない、という問題がある。

【０００４】なお、図１７はメタルハライドランプの光
源温度とスクリーン照度との関係を示すものであるが、
８００℃以下になると照度が低下していることがわか
る。また、図１８はメタルハライドランプの光源温度と
寿命（時間）との関係を示すものであるが、高温側（１
０００℃以上）では短時間で発光部の変形を生じた。ま
た、低温側（１０００℃以下）では、９００℃での初期
照度が５０％となるまで（即ち、スペクトルがほとんど
変化しない状態）の時間で寿命を表わした。

【０００５】また、メタルハライドランプに投入される
電力は、約２５％が可視光に変換され、そのうちの約１
５％が、被照射光学ユニットに内設されている液晶パネ
ルやダイクロイックミラーに照射される。可視光のうち
の約１０％と、可視光に変換されない約７５％、合計で
約８５％のエネルギーがランプハウス内で熱に変換され
る。

【０００６】メタルハライドランプへの投入電力が高い
ほど、高輝度の表示が得られるものの、それに比例して
発熱量が多くなり、高温領域であるランプハウスから流
れ出る熱流に対する、光学系が収容されている低温領域
の保護が重要となるが、これまでは低温領域と高温領域
を離間させるか、低温領域と高温領域の間に熱絶縁板を
挿入するか、投入電力が２００Ｗ以下のメタルハライド
ランプを使用して発熱量を抑制するか、低温領域冷却フ
ァンを大幅に能力アップして対策していた。

【０００７】しかし、低温領域と高温領域を離間させる
方法では、両者を数十mm以上離す必要があり、装置が大
型化するほか、低温領域に内設された液晶パネルとの距
離が数十mm以上長くなって液晶パネル上に集まる光量が
少なくなり、表示輝度が低下する、という問題がある。
低温領域と高温領域の間に挿入する熱絶縁板としては、
ガラス繊維布やマイカがあるが、ゴミが生じやすい、高
価である、構造が複雑であるなどの問題点がある。

【０００８】また、低温領域冷却ファンを大幅に能力ア
ップする方法では、騒音が大幅に大きくなるほか、装置
の消費電力も増大するという問題がある。例えば投入電
力２５０Ｗのメタルハライドランプの場合、そのハウジ
ング、および被照射光学ユニットとランプハウスとの間
の鋼板壁の温度は、１００℃から２００℃にもなってお
り、この鋼板壁を通して被照射光学ユニット内に流れ込
む熱量により、液晶パネル、特に鋼板壁に近い液晶パネ
ルの部分の温度を１０℃前後上昇させる原因となってい
る。このランプハウスより鋼板壁を通して流入する熱流
による温度上昇は、正常な表示動作が可能な上限温度が
６０℃と低い液晶パネルでは無視することができないも
のである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、自然空冷でも
石英管の膨張変形が発生しにくい低電力（１５０Ｗ以
下）のメタルハライドランプを使用し、気体流と還流に
より石英管を冷却していた。あるいは、凹面鏡の下部の
カット部あるいは側面のカット部より気体流を凹面鏡内
部に流入させて冷却し、熱気を上部の凹面鏡カット部よ
り強制的に排出していた。

【００１０】発明者らの研究によると、机上設置と天井
吊り設置で装置の天地を逆にする通常の液晶プロジェク
ターでは、自然空冷による冷却方法を採用すると、常に
重力の下方から上方に気体流が流れ、冷たい還流が、最
も発熱量が多い石英管の上部に直接あたって冷却するた
め、石英管の上部と下部の温度差がいづれの設置でも小
さくなるように作用する利点があることが判った。

【００１１】しかし、流量が少ないために、例えば、１
５０Ｗのメタルハライドランプを組み込んだ液晶プロジ
ェクターでは、石英管の上部温度が１０００〜１１００
℃にもなり、５００〜１０００時間の点灯で輝度が半減
することも判り、１５０Ｗのメタルハライドランプはも
ちろん、これ以上の消費電力の高輝度メタルハライドラ
ンプにも適用できないことが判った。

【００１２】一方、強制空冷は、机上設置の場合には自
然空冷より冷却効果は大きいものの、天地を逆にして天
井吊り設置にすると、還流（５）が、石英管の最も発熱
量が少ない下部に先ず直接あたって冷却するとともに、
かなり温度上昇したのちに石英管の最も発熱量が多い上
部を冷却することとなり、石英管の上部下部での温度差
が２００℃以上にもなり、問題となることも判った。

【００１３】そこで、発明者らはさらに検討を進めて、
ファンにより凹面鏡内部全体に気体流を吹き付ける方法
を検討したが、この方法では発光管が良く冷えるもの
の、熱気が四散して被冷却空間の外側の部材、例えば電
気部品が許容できない温度にまで昇温するほか、外郭モ
ールド樹脂（例えば軟化点８８℃のアクリロニトリルブ
タジエンスチレン樹脂、軟化点１３０℃のポリカーボネ
ート樹脂等）が熱変形する等の問題を回避できないこと
が判った。

【００１４】さらに、光照射を遮らずに凹面鏡前方に冷
却構造を配設することが困難であることが判った。ま
た、局在させて指向性の風を発光部の石英管に向ける
と、少量の風で石英管を冷やすことができ、熱を四散さ
せることもないが、石英管全体を均一に冷却するのが困
難であるうえ、吹きつけ風量や吹きつけ方向など微妙な
変化に敏感に反応して石英管の温度とその分布が変動す
るため、制御性が非常に悪く、製造し難いことが判っ
た。

【００１５】さらに、石英管を冷却し過ぎると、内部の
発光部材が冷え過ぎて発光量が急減するほか、発光スペ
クトルも変化して、液晶プロジェクター等に適用した場
合の画質劣化が発生することも判った。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、本発明によれば、次のような手段が提案される。
即ち、請求項１に記載の発明によれば、凹面鏡と、該凹
面鏡の凹部内に光軸に沿って配設された発光部とから成
る光源と、該発光部の周囲を冷却する冷却構造とを備え
た光学装置において、冷却構造は、発光部の近傍におい
て、凹面鏡の凹部内に向かう指向性を有する気体流を生
じさせる手段を具備していることを特徴とする光学装置
が提供される。

【００１７】請求項２に記載の発明によれば、冷却構造
としての気体流を発生させる手段が、発光部の近傍に設
けられた通気孔であることを特徴とする。請求項３に記
載の発明によれば、光学装置は、光源を収容した高温低
圧領域と、光学部品を収容した低温高圧領域とが、壁を
境界として互いに隣接させたものであり、冷却構造とし
ての通気孔が壁に設けられていることを特徴とする。

【００１８】請求項４に記載の発明によれば、壁は透明
体を有しており、通気孔は透明体の周囲の壁に設けられ
ることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、
低温高圧領域には装置外部から空気を該低温高圧領域に
導入する吸気手段を設け、高温低圧領域には該高温低圧
領域から装置外部へ空気を排出する排気手段を設けたこ
とを特徴とする。

【００１９】請求項６に記載の発明によれば、前記壁に
は上下に少なくとも２つの通気孔が設けられ、該光学装
置の天地を逆に配置した場合においても、常に、下側に
位置する前記通気孔は開放され、上側に位置する前記通
気孔は閉鎖され、前記凹面鏡に関し下側から上側に向け
て空気が流通されるように構成したことを特徴とする。

【００２０】請求項７に記載の発明によれば、通気孔を
介して低温高圧領域から高温低圧領域へ流入する気体流
が、高温低圧領域側の前記壁に沿って流れるように案内
する風導構造を設けたことを特徴とする。請求項８に記
載の発明によれば、冷却構造として、さらに、凹面鏡の
光軸に概ね直交する気体流を生じさせる手段を具備する
ことを特徴とする。

【００２１】請求項９に記載の発明によれば、凹面鏡の
凹部に向けて指向性を有する気体流を供給し、凹面鏡の
深部まで到達する気体流を生じさせることにより冷却す
ることを特徴とする光学装置の冷却方法が提供される。
請求項１０に記載の発明によれば、凹面鏡の凹部に向か
って指向された気体流が発光部を避けるように、該凹面
鏡の凹面に衝突して散乱又は反射することにより形成さ
れることを特徴とする。

【００２２】請求項１１に記載の発明によれば、指向さ
れた気体流は凹面鏡の光軸を含む平面内にないことを特
徴とする。請求項１２に記載の発明によれば、指向され
た気体流は複数あり、凹面鏡の光軸を含む１つの平面に
関し互いに対称の関係にあることを特徴とする。請求項
１３に記載の発明によれば、指向された気体流は４つ以
上あり、凹面鏡の光軸にて直交する２つの平面に関し互
いに対称の関係にあることを特徴とする。

【００２３】請求項１４に記載の発明によれば、指向さ
れた気体流は複数あり、凹面鏡の光軸に関し互いに対称
の関係にあることを特徴とする。請求項１５に記載の発
明によると、気体流として、さらに、凹面鏡の光軸に概
ね直交する気体流を供給し、気体流と気体流とを互いに
衝突させることにより、気体流の指向方向を変えるとと
もに、凹面鏡の凹部内に還流する気体流を供給すること
を特徴とする。

【００２４】

【作用】請求項１又は２に記載の構造では、凹面鏡の凹
部内に配設された発光部が効率良く冷却される。請求項
３又は４に記載の構造では、通気孔を通して低温高圧領
域から高温低圧領域へ流れた気体流により発光部が効率
良く冷却される。

【００２５】請求項５に記載の構造によれば、低温高圧
領域及び高温低圧領域内がより一層強力に冷却される。
請求項６に記載の構造によれば、光学装置を床上に設置
する場合でも、天井から吊り下げる場合においても、同
様の冷却機能を発揮させることができる。請求項７に記
載の構造によれば、低温高圧領域から高温低圧領域へ流
入する気体流を風導構造によって自在に制御することが
できる。

【００２６】請求項８に記載の方法では、凹面鏡の凹面
内に指向する気体流と光軸に直交する気体流の相互作用
で発光部が効率良く冷却される。請求項９に記載の方法
によると、凹面鏡の深窓まで到達した気体流により発光
部が効率よく冷却される。請求項１０に記載の方法で
は、凹面鏡の凹面に衝突した気体流が散乱又は反射され
て凹面鏡の深奥部まではいり込み、発光部に当たるた
め、少量の風量で効率よく、且つ制御性よく、発光部に
冷却できる。

【００２７】請求項１１に記載の方法では、更に、凹面
鏡の凹面に衝突した気体流がスパイラル状に凹面鏡の深
奥部まではいり込み、より一層効率よく発光部に冷却で
きる。請求項１２に記載の方法では、指向された空気流
が複数あるので、これらの空気流の相互の作用によって
効率の良い冷却が実現される。

【００２８】請求項１３又は１４に記載の方法では、よ
り強力なスパイラル状の空気流が得られる。請求項１５
の方法では、凹面鏡の凹面内に指向する気体流と直交す
る気体流の相互作用で発光部が効率良く冷却される。

【００２９】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示すもので、
液晶プロジェクターの概略図である。光源であるメタル
ハライドランプ１は凹面鏡１１と、この凹面鏡の凹部内
側に光軸に沿って配設された石英管などの発光部１２
と、電極１３から成り、高温低圧領域Ｂとなるランプハ
ウス２２内に収容されている。一方、低温高圧領域Ａを
形成する光学ユニット２１内には、単一の液晶パネル２
３、集光レンズ２４、投影レンズ２５、吸気ファン２６
等が配設されている。

【００３０】メタルハライドランプ１の発光部１２から
の光は一部が凹面鏡１１にて反射し、光学ユニット２１
とランプハウス２２との間の透明体９を通じて集光レン
ズ２４で集光されて略平行光となり液晶パネル２３の裏
面から照射されて、投射レンズ２５にて拡大され、拡大
された表示画像がスクリーン（図示せず）上に投影され
るようになっている。

【００３１】また、吸気ファン２６の回転により液晶パ
ネル２３に対し略平行の空気流が流れ、液晶パネル２３
を冷却した後、後述する光学ユニット２１とランプハウ
ス２２との間の壁の下端部の通気孔７５を通ってランプ
ハウス２２内へ流入し、発光部１２の前方において、凹
面鏡１１の光軸に概ね直交する空気流４を生じさせ、か
つ一部の空気流４は凹面鏡１１の上側に当って凹部内へ
指向する還流５となる。

【００３２】図１に示す第１の実施例において、光源と
集光レンズの間、即ち光学ユニット２１とランプハウス
２１との間に上下移動可能な可動壁７１と上下両側に設
けた固定壁７２があり、凹面鏡の上下両側にもそれぞれ
上下移動可能な可動壁７３と固定壁７４とを設けた。液
晶プロジェクターの天地を逆にすると、可動壁７１，７
３が重力により、下側に移動する。従って、それぞれの
接触する固定壁７２，７４との関係で、可動壁７１と固
定壁７２の組み合わせ部分では常に下側となる通気口７
５が開き、可動壁７３と固定壁７４の組み合わせ部分で
は常に凹面鏡１１の上側となる通気孔７６が開き、下側
の通気口が閉じるようになる。

【００３３】その結果、液晶プロジェクターを床置き配
置としても、天井吊りの配置としても、凹面鏡１１の下
側から凹面鏡内に強制空冷による気体流４が入り、上側
に抜けて排気されるとともに、還流５が先ず直接的に、
最も発熱量が多い発熱部１２の石英管上部を冷却する。
本実施例では、重力を利用して機械的に通風経路を変更
したが、電気的に通風経路を変更するものであってもよ
い。また、ファンの回転方向を逆にして通風経路を逆転
することもできる。電気的に通風経路やファン回転方向
を変更する場合に、表示の上下を反転させるスイッチを
もって、通風状態を変更するスイッチとしたり、所定の
外部スイッチを設けるのがよい。吸気ファン２６は床側
又は天井側に来ることになるが、装置本体が床や天井か
ら若干離れているため、吸気の取り入れには支障はな
い。

【００３４】図２に本発明の第２の実施例を示す。気体
流６が凹面鏡１１の左側に配設された通風ダクト（図示
せず）より供給され、その主体が発光部１２の石英管を
避けて石英管左側の凹面鏡に衝突するように調整されて
いる。気体流６は指向性流であるため、凹面鏡１１壁の
衝突部分まで、周囲気体との衝突による損失が少ないま
ま浸透する。凹面鏡１１壁に衝突した後、拡がりながら
速度を弱めて進み、石英管１２を包むように冷却する。
本実施例によれば、効率よく発光部１２の石英管全体を
均一に冷却できる。気体流６が強制的に発生させられた
ものであるうえ、通風が発光部１２を含む水平面内にあ
るため、装置の天地を逆にしても同じ冷却効果が期待で
きる。なお、１４は凹面鏡１１の上下に設けられたカッ
ト部である。

【００３５】図３（ａ）〜（ｃ）に本発明の第３の実施
例を示す。気体流６が、その主体が凹面鏡１１の光軸を
含む平面６０に存在しないように、気体流６を供給する
通風ダクトが配設されている。一方、発光部１２は凹面
鏡１１の光軸上にある。そのため、凹面鏡１１に衝突し
た気体流は、凹面鏡１１の光軸に巻き付くスパイラル状
気体流となり、発光部１２である石英管全体を包んで凹
面鏡１１の最深奥部の熱も効率よく排気するように作用
する。本実施例によれば、回転方向、奥行き方向に渡っ
て石英管全体を均一に冷却できるとともに、凹面鏡最深
奥部まで効率よく冷却できる。

【００３６】図４（ａ），（ｂ）に本発明の第４の実施
例を示す。光源が配設された高温低圧領域Ｂと、これに
隣接する低温高圧領域Ａからなり、両領域の壁７の凹面
鏡１１に対向する部分は、光源からの照射光を透過する
透明体９が嵌合されている。透明体９に隣接する壁７の
部分には、所定の方向へのそれぞれ指向性気体流６１，
６２を生ぜしめる風導構造の通気孔８１，８２が設けら
れている。通気孔８１，８２からそれぞれ吹き出す気体
流６１，６２は、凹面鏡１１の光軸に対して互いに異な
る方向に回転するように調整されている。

【００３７】石英管の左右側の部分および下側の部分
は、凹面鏡１１の内壁で反射した散乱気体により、冷却
される。一方、石英管の上側の部分は、気体流６１，６
２が凹面鏡１１の内壁で反射したのちに互いに衝突して
散乱された気体８８１、および互いに衝突しながら凹面
鏡深奥部で反射された気体８８２により冷却される。こ
のようにして、石英管は、全体的に均一に冷却されると
ともに、凹面鏡奥部からの熱排出も効率よく行われる。
また、本方法では気体流６１，６２等は強制空冷により
生ぜしめられたものであり、自然空冷によるものよりは
るかに強く、本装置の天地を逆にしても、冷却原理およ
び効率はほとんど変わらない。

【００３８】図５（ａ），（ｂ）に本発明の第５の実施
例を示す。光源が配設された高温低圧領域Ｂと、これに
隣接する低温高圧領域Ａからなり、両領域の壁７の凹面
鏡１１に対向する部分は、光源からの照射光を透過する
透明体９が嵌合されている。透明体９に隣接する壁７の
部分には、所定の方向へのそれぞれ指向性気体流６１，
６２を生ぜしめる風導構造の通気孔８１，８２が設けら
れている。第４の実施例との差異は、通気孔８１，８２
が互いに隣接していることと、通気孔８１，８２からそ
れぞれ吹き出す気体流６１，６２の主体が、発光部１２
の石英管に直接当たらないように、互いに左右に離れる
方向を指向して流れるように調整されていることであ
る。したがって、石英管の上側に風が回り難い問題点は
あるものの、低温高圧領域Ａのほぼ同じ位置から給気さ
れるため、同じ強さで同じ量の気体流が得られる利点が
ある。第４の実施例が、風の流れない低温高圧領域Ａを
備える装置で効果が大きいのに対して、第５の実施例は
低温高圧領域Ａ内においても強制空冷が必要な装置で有
効である。

【００３９】図６（ａ），（ｂ）に第６の実施例を示
す。本実施例では、透明体９の上側および下側に実施例
５と同じ構造の通気孔８１，８２，８３，８４を備えて
いる。石英管周辺の複数の部分で気体流通し衝突を生ぜ
しめ、石英管の方向の風の流れを作って全体的に均一に
石英管を冷却できる。本実施例は、第４及び第５の実施
例と比べて、低温高圧領域Ａと高温低圧領域Ｂの圧力差
が小さい装置に有利であり、低温高圧領域Ａと高温低圧
領域Ｂの圧力差が小さい装置でも、少ない風量で均一に
石英管全体を冷却できる利点がある。

【００４０】図７（ａ），（ｂ）に第７の実施例を示
す。気体流６１，６２の主体が、凹面鏡１１の光軸を含
む平面になく、かつ凹面鏡１１の光軸に対して同じ方向
に回転する風向を有している。そのため、互いに衝突す
ることなく、凹面鏡１１の所定の部分で反射されなが
ら、凹面鏡１１の光軸、すなわち発光部１２に対してス
パイラル状に凹面鏡１１の深奥部に到達したのち、発光
部１２の石英管を冷却する。本実施例は、特に、凹面鏡
１１を下に向けた状態で点灯する、したがって発光部１
２の奥側または凹面鏡１１の深奥部が上側となって熱が
こもりやすく高温となる、垂直点灯型の光源装置に適し
た冷却方法である。

【００４１】図８（ａ），（ｂ）に第７の実施例の変形
例を示す。第７の実施例に比べて、スパイラル性を重視
した構造で、気体流が凹面鏡の奥部に行き着くまでに、
より大きい角度の回転をするようになっており、低温高
圧領域Ａと高温低圧領域Ｂの圧力差が大きい場合に、強
い指向性を有したまま凹面鏡１１の深奥部に到達し、ま
たは発光部１２の石英管を不均一な温度分布になるよう
な冷却がなされないようにできる。実際には、低温高圧
領域と高温低圧領域の圧力差、必要な風量に応じて、通
気孔の位置と気体流６１，６２の方向を、調整すること
ができる。

【００４２】図９（ａ），（ｂ）に第７の実施例の別の
変形例を示す。低温高圧領域Ａと高温低圧領域Ｂの圧力
差が第７の実施例の場合よりもさらに小さい場合にも、
通気孔の数を増やし、それを透明体９の周囲に均等配置
すれば、発光部１２の石英管を均等に冷却することがで
きる。ここで、全ての気体流６１，６２，６３，６４の
方向を、凹面鏡の光軸に対して同じ回転方向にしている
のは、気体流どおしの衝突による損失を少なくして凹面
鏡１１深奥部まで気体流が到達するようにしたためであ
る。

【００４３】図１０（ａ），（ｂ）に第１０の実施例を
示す。光源を配設した高温低圧領域Ｂに隣接して、第１
の低温高圧領域Ａ₁ と第２の低温高圧領域Ａ₂ が設けら
れている。第１の低温高圧領域Ａ₁ と第２の低温高圧領
域Ａ₂ も互いに隣接する位置にある。高温低圧領域Ｂと
第１の低温高圧領域Ａ₁ との壁７は、凹面鏡１１の下部
に対向する部分において穴が開けられ、そこに透明体９
が嵌合されている。一方、高温低圧領域Ｂと第２の低温
高圧領域Ａ₂ との間は、概ね凹面鏡１１直下にエアフィ
ルタ１４を嵌合した壁により隔てられている。

【００４４】透明体９に隣接する壁７の部分で、第２の
低温高圧領域に近い側には、互いに横方向に隣接する横
長の通気孔８１，８２が設けられている。通気孔８１，
８２を通して、第１の低温高圧領域Ａ₁ から高温低圧領
域Ｂの凹面鏡１１内に、互いに風向角度８０度から１２
０度をなして、風速２ｍ／秒から４ｍ／秒の風が吹き出
している。

【００４５】一方、第２の低温高圧領域Ａ₂ から高温低
圧領域Ｂには、少なくとも透明体９と凹面鏡１１の間
を、透明体９の全幅にわたって、概ね凹面鏡の光軸に直
交する風向の気体流４が流れ込んでいる。気体流４の風
速は、エアフィルタ１４の部分を通過する時で概ね風速
０．５ｍ／秒から１．５ｍ／秒であった。気体流４と気
体流６１，６２は、透明体９の左右幅方向の中央部分を
除く両側で衝突し、さらに凹面鏡壁に衝突しながらスパ
イラル状の軌跡を辿って、発光部１２の石英管の下方か
ら両側部分、さらに奥上側部分を冷却するとともに、凹
面鏡深奥部に到達してこの部分を冷却する。

【００４６】さらに、透明体９の左右幅方向の中央部分
を、気体流６１，６２と衝突することなく通過する気体
流４の部分は、発光部１２の先端部分１２１を冷却する
とともに、その還流５が発光部１２の手前上側部分を冷
却する。本実施例によれば、発光部への投入電力が２５
０Ｗのメタルハライドランプを組み込んだ装置き床置き
配置において、発光部１２の石英管上端温度８４０℃、
石英管下端温度８００℃、同じ装置の天井吊り配置にお
いて、石英管上端温度８１０℃、石英管下端温度８１５
℃であった。また、いづれの配置および測定箇所におい
ても、装置内の温度のバラツキは、±１０℃以内に収ま
っていた。

【００４７】図１１（ａ）〜（ｃ）に第１１の実施例を
示す。第１０の実施例の光源装置を組み込んだ液晶プロ
ジェクターの実施例である。低温高圧領域Ａには、光源
光を３原色に分離する色分離光学系と、分離された３原
色のおのおのを液晶パネルで画像変調する変調系と、変
調された３原色光を合成する色合成系と、これをスクリ
ーンに投射表示する投射系が配設されている。低温高圧
領域Ａと高温低圧領域Ｂの境界を形成する壁７の凹面鏡
１１に対向する部分には矩形の穴が開けられ、可視光を
透過し紫外線と赤外線を反射するカットフィルタ９が嵌
合されている。低温高圧領域Ａの側面には吸気ファン２
６が設けられ、３枚の液晶パネル２３に風を吹きつけ、
これらの液晶パネル２３を冷却しているため、内部は高
圧となっている。高温低圧領域Ｂの上部には排気ファン
２７が設けられ、高温低圧領域Ｂからの熱排気を行って
おり、内部の圧力が低くなっている。従って、低温高圧
領域Ａ内においては液晶パネル２３が効率よく冷却され
ると共に、高温低圧領域Ｂ内の発光部１２に対しては、
図１０（ａ），（ｂ）で述べた実施例とまったく同様の
冷却空気流が得られ、発光部１２が効率良く冷却され
る。

【００４８】本実施例によれば、光源の熱を、低温高圧
領域Ａ、および高温低圧領域Ｂ周辺のその他の部材、例
えば装置電源（図示せず）や光源用電源（図示せず）や
液晶パネル駆動回路（図示せず）等に四散させることな
く、発光部１２を効率よく冷却できる。そのため光源の
劣化速度が小さく、光源スペクトル劣化や照度低下の問
題がない、長寿命の液晶プロジェクターが実現できる。

【００４９】図１２（ａ），（ｂ）に第１２の実施例を
示す。本実施例は、光源からの照射光の光路を、反射型
のカットフィルタ２９で直角に折り曲げたのちに３原色
に色分離する色分離系に入射させる液晶プロジェクター
に適用したものである。第１１の実施例同様に液晶パネ
ル２３等を配設した低温高圧領域Ａと、光源を配設した
高温低圧領域Ｂを隣接して配置してある。高温低圧領域
Ｂと低温高圧領域Ａの間の壁７と、凹面鏡１１の光軸
が、概ね平行となるように光源が配設されている。光源
からの照射光は、紫外線と赤外線を透過するカットフィ
ルタ２９により可視光のみが反射されて、高温低圧領域
Ｂと低温高圧領域Ａの間に設けられた壁７に設けた矩形
の穴に嵌合した透明体９を垂直方向に入射後に透過し
て、低温高圧領域Ａに入射する。低温高圧領域Ａには、
光源光を３原色に分離する色分離光学系と、分離された
３原色のおのおのを液晶パネル２３で画像変調する変調
系と、変調された３原色光を合成する色合成系と、これ
をスクリーンに投射表示する投射系が配設されている。
透明体９に隣接する壁７の部分には、凹面鏡１１側の透
明体９の全幅にわたる側面において、凹面鏡１１の光軸
に概ね直交する気体流４が流れる通気孔８８１が設けら
れ、また、透明体９の上側および下側の一部分におい
て、凹面鏡の深奥部に向かう気体流６１，６２を通じる
通気孔８１，８２が設けられている。

【００５０】高温低圧領域Ｂと低温高圧領域Ａの間に設
けられた壁７には、光源の真横において遮光構造の通気
孔８８２が設けられ、更に壁７の下端部に通気孔３１が
設けられ、光源を挟む反対側には排気ファン２７が設け
られている。排気ファン２７により高温低圧領域Ｂから
熱排気すると、当該領域が低圧になり、通気孔８１，８
２，８８１，８８２を通じて隣接の低温高圧領域Ａから
冷却風が流れ込む。通気孔８８１を通じて、凹面鏡１１
の光軸に概ね直交する気体流４が流れ、通気孔８１，８
２を通じてそれぞれ気体流６１，６２が流れる。ここで
述べた気体流４、気体流６１，６２はこれまで述べてき
た同符号の気体流と同等である。すなわち、本実施例で
は、両方の気体流を同じ低温高圧領域Ａから流すように
している。更に、本実施例では通気孔８８２を通して凹
面鏡１１を横方向に流れる気体流と、壁７の下端の通気
孔３１を通して流れる気体流も得られる。

【００５１】本実施例によれば、第１１実施例の場合と
同様、光源の熱を低温高圧領域Ａ、および高温低圧領域
Ｂの周辺のその他の部材、例えば装置電源や光源用電源
や液晶パネル駆動回路等に四散させることなく、発光部
１２を効率よく冷却できる。そのため光源の劣化速度が
小さく、光源スペクトル劣化や照度低下の問題がない、
長寿命の液晶プロジェクターが実現できる。

【００５２】図１３（ａ），（ｂ）に第１３の実施例を
示す。本実施例は、３原色の画素を備える１枚の液晶パ
ネル２３により画像変調を行う単板式の液晶プロジェク
ターに、図１１の実施例とほぼ同じ光源装置を適用した
ものである。本実施例では、低温高圧領域Ａと高温低圧
領域Ｂの気圧差を、低温高圧領域Ａに設けた吸気ファン
２６により生ぜしめている。また、気体流４と気体流６
１，６２をともに、低温高圧領域Ａから取っている。

【００５３】図１４に本発明の第１４の実施例を示す。
光源からの照射光を３原色光に分離するダイクロイック
ミラー群、おのおのの色光を画像変調する液晶パネル、
変調光を合成するダイクロイックミラー群、スクリーン
に投写する投射レンズ等を内設した被照射光学ユニット
（低温高圧領域Ａ）と、凹面鏡１１付きメタルハライド
ランプを内設したランプハウス（高温低圧領域Ｂ）が壁
３２を挟んで隣接している。凹面鏡１１に対向する壁３
２の一部分は紫外線および赤外線を反射し、可視光を透
過するカットフィルタ３３であり、残る部分は機械強度
が強く変形しにくい鋼板とした。壁３２の鋼板部分には
複数の直径１０mmの通気孔３４が開けてあり、おのおの
の通気孔３４のランプハウス側には、壁３２および通気
孔３４から５mm離れた位置に、壁３２の面に平行な直径
２０mmの円板を風導板３５として配設した。図１４
（ｂ）はこの風導板３５と通気孔３４との関係を示して
いる。被照射光学ユニットには、通気孔３４のほかに、
外部との通気が可能な防塵フィルタ付き吸気口（図示せ
ず）を設けている。一方ランプハウスには、光源による
発熱を排出する排気ファン２７を設けている。その結
果、この液晶プロジェクターの電源を投入すると、光源
が発光して発熱するとともに、排気ファン２７が作動し
てランプハウス内の熱排気を開始するため、被照射光学
ユニット内部は相対的に低温高圧領域Ａに、ランプハウ
ス内部は同様に高温低圧領域Ｂになっている。低温高圧
領域Ａからは通気孔３４を通って高温低圧領域Ｂに流れ
だした相対的に低温の気体流Ｃが風導板３５にガイドさ
れて壁３２に沿って高温低圧領域Ｂの内部を流れる。気
体流Ｃは壁３２を離れたのち、高温低圧領域Ｂ内部で高
温の空気と混合されて排気ファン２７により装置外に排
出される。

【００５４】図１５に第１５の実施例を示す。第１４の
実施例と異なる点は、凹面鏡１１の上部に入口を有しか
つ排気ファン２７の正面に出口を有するダクト３７を備
え、このダクト３７の壁３９と被照射光学ユニットの壁
３２が３mmの間隔をあけて平行に配置していることであ
る。壁３２には、高さが５mm、長さがダクト幅分の通気
孔３４が設けられ、壁３２と壁３９の空間を気体流Ｃが
上方向に流れるようになっている。通気孔３４より流れ
だす気体流Ｃの風速は毎秒０．５mm、風量は毎秒約１５
０ccであった。

【００５５】室温２７℃のとき、ダクト３７の壁３９に
おいて、最も高い温度は下方部分の１５５℃であるのに
対して、壁３２では、上方部分の４５℃以下であった。
また壁を通った熱による液晶パネルの温度上昇分は１℃
以下であり、ほとんど影響がなかった。図１６に第１６
の実施例を示す。第１５の実施例と異なる点は、通気孔
３４の位置がダクト３７に対して相対的に上部に配置さ
せたことと、壁３２と壁３９の低圧通路部４０における
気体流Ｃの方向を、図において下向きとしたことであ
る。低温高圧領域Ａから通気孔３４を通過させて気体流
Ｃを流し、高温領域であるダクト３７から低温高圧領域
Ａである被照射光学ユニットへの対流熱を遮断するとと
もに、気体流Ｃを、壁３９の下端を過ぎてのちに、発光
部１２を直射しないように凹面鏡１１内部に指向させて
流し、凹面鏡１１内からの熱輸送を円滑に行うことがで
きるようにした。

【００５６】図１９〜図２１は、図１１に示した実施例
に対応する液晶プロジェクターの具体例を示すものであ
り、これらの図において、４０は光学ユニット（低温高
圧領域Ａ）であり、この中にダイクロイックミラーＤ
Ｍ、全反射ミラーＭ、液晶パネル２３、集光レンズ２
４、投射レンズ２５等が配置されている。一方、４２は
光源ユニット（高温低圧領域Ｂ）であり、この中に凹面
鏡１１、発光部１２、電極１３等を含む光源装置が配置
されている。光学ユニット４０と光源ユニット４２の間
の壁７に光源からの光が透過する透明体のカットフィル
タ９が配設され、その下側に２つの通気孔８１，８２が
あって、気体流６１，６２を得る。

【００５７】図２０（ａ），（ｂ）に示すように、２つ
の通気孔８１，８２は光学ユニットケース４１のカット
フィルタ９下側の開口部中央にＶ字型風導体４３を設け
ることにより形成することが出来る。通気孔８１，８２
から出た気体流６１，６２は、光源ユニット４２内にお
いて凹面鏡１１の前方を下方から上方に向けて流れる気
体流４と衝突することにより上方へ指向され（図２０
（ａ））、或いは通気孔８１，８２の直前に配設されて
いる風導体４４によって上方へ指向され（図２０
（ｂ））、凹面鏡１１の凹部の内側へ向かうようにして
いる。

【００５８】図２１（ａ），（ｂ）は光学ユニット４０
側に設けた吸気ファン２６および光源ユニット４２側に
設けた排気ファン２７によって強制空冷を行った場合の
全体の空気の流れを矢印によって示すものである。ま
ず、吸気ファン２６によって外部の空気が光学ユニット
４０（低温高圧領域Ａ）内部へ導入され、液晶パネル等
を冷却した後、プリント板４５を迂回して一部は排気フ
ァン２７により外部へ出されるが、大部分は外側領域Ｄ
にまわり込み、下側へ導びかれて通気孔８１，８２より
光源ユニット４２側へ流入する。光源ユニット４２側で
は、排気ファン２７の作用により通気孔８１，８２を介
して光学ユニット４０側から光源ユニット４２側へ空気
流６１，６２が導入されると共に、下側の空気取入部よ
り外部の空気が直接取り入れられる。

【００５９】

【発明の効果】上述のように、本発明は、放電発光型の
発光部１２を凹面鏡１１内に配設した光源装置、および
当該光源装置を組み込んだ光学装置において、発光部１
２の周囲を均一温度に、かつ制御性よく所定温度とする
ことができ、かつ熱流を四散させることなく、効率よく
排出できる。したがって、高出力の光源に隣接して回路
部材やモールド部材などを配設できるため、高輝度で小
型の液晶プロジェクター等の光学装置が実現できる。ま
た、本発明は、高温低圧領域から隣接する低温高圧領域
への熱の流入を、簡単な方法でコントロールできるた
め、各種部品の実装密度を上げ、小型の装置を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の液晶プロジェクターで
ある。

【図２】本発明の第２の実施例の光源装置である。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第３の実施
例の光源装置を示す。

【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の第４の実施例の光源
装置を示す。

【図５】（ａ），（ｂ）は本発明の第５の実施例の光源
装置を示す。

【図６】（ａ），（ｂ）は本発明の第６の実施例の光源
装置を示す。

【図７】（ａ），（ｂ）は本発明の第７の実施例の光源
装置を示す。

【図８】（ａ），（ｂ）は本発明の第７の実施例の第１
の変形例（第８の実施例）を示す。

【図９】（ａ），（ｂ）は本発明の第７の実施例の第２
の変形例（第９の実施例）を示す。

【図１０】（ａ），（ｂ）は本発明の第１０の実施例の
光源装置を示す。

【図１１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第１１の
実施例の液晶プロジェクターを示す。

【図１２】（ａ），（ｂ）は本発明の第１２の実施例の
液晶プロジェクターを示す。

【図１３】（ａ），（ｂ）は本発明の第１３の実施例の
液晶プロジェクターを示す。

【図１４】（ａ），（ｂ）は本発明の第１４の実施例の
液晶プロジェクターを示す。

【図１５】本発明の第１５の実施例の液晶プロジェクタ
ーを示す。

【図１６】本発明の第１６の実施例の液晶プロジェクタ
ーを示す。

【図１７】メタルハライド光源の石英管温度とスクリー
ン照度の関係を示す。

【図１８】メタルハライド光源の石英管温度と寿命の関
係を示す。

【図１９】本発明の適用した液晶プロジェクターの具体
例を示す側断面図である。

【図２０】（ａ），（ｂ）は図１９の液晶プロジェクタ
ーの光学ユニットを後方（光源側）から見た図である。

【図２１】（ａ），（ｂ）は図１９の液晶プロジェクタ
ーの上断面図及び側断面図であって、空気流の流れを示
すものである。

【符号の説明】

４，５，６…気体流 ７…壁 ９…透明体 １１…凹面鏡 １２…発光部 １３…電極 ２３…液晶パネル ２４…集光レンズ ２５…投影レンズ ２６…吸気ファン ２７…排気ファン ６１，６２…通気孔 ７３…可動壁 ７４…固定壁 ８１，８２…気体流 Ａ…低温高圧領域 Ｂ…高温低圧領域 Ｃ…気体流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 哲也 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 山口 久 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹面鏡（１１）と、該凹面鏡の凹部内に
   光軸に沿って配設された発光部（１２）とから成る光源
   と、該発光部の周囲を冷却する冷却構造とを備えた光学
   装置において、冷却構造は、発光部（１２）の近傍にお
   いて、凹面鏡（１１）の凹部に向かう指向性を有する気
   体流（６）を生じさせる手段とを具備することを特徴と
   する光学装置。
2. 【請求項２】 冷却構造としての気体流（６）を発生さ
   せる手段が、発光部（１２）の近傍に設けられた通気孔
   であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 【請求項３】 光学装置は、光源（１）を収容した高温
   低圧領域（Ｂ）と、光学部品を収容した低温高圧領域
   （Ａ）とが、壁（７）を境界として互いに隣接させたも
   のであり、冷却構造としての通気孔が壁（７）に設けら
   れていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 【請求項４】 壁は透明体を有しており、通気孔は透明
   体の周囲の壁に設けられることを特徴とする請求項３に
   記載の光学装置。
5. 【請求項５】 低温高圧領域（Ａ）には装置外部から空
   気を該低温高圧領域（Ａ）に導入する吸気手段（２６）
   を設け、高温低圧領域（Ｂ）には該高温低圧領域（Ｂ）
   から装置外部へ空気を排出する排気手段（２７）を設け
   たことを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
6. 【請求項６】 前記壁（７）には上下に少なくとも２つ
   の通気孔（７５）が設けられ、該光学装置の天地を逆に
   配置した場合においても、常に、下側に位置する前記通
   気孔（７５）は開放され、上側に位置する前記通気孔
   （７５）は閉鎖され、前記凹面鏡（１１）に関し下側か
   ら上側に向けて空気が流通されるように構成したことを
   特徴とする請求項３に記載の光学装置。
7. 【請求項７】 通気孔（３４）を介して低温高圧領域
   （Ａ）から高温低圧領域（Ｂ）へ流入する気体流（Ｃ）
   が、高温低圧領域（Ｂ）側の前記壁（３２）に沿って流
   れるように案内する風導構造（３５，３７）を設けたこ
   とを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
8. 【請求項８】 冷却構造として、さらに、凹面鏡の光軸
   に概ね直交する気体流（４）を生じさせる手段を具備す
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載
   の光学装置。
9. 【請求項９】 凹面鏡（１１）の凹部に向けて指向性を
   有する気体流（６）を供給し、凹面鏡（１１）の深部ま
   で到達する気体流を生じさせることにより冷却すること
   を特徴とする光学装置の冷却方法。
10. 【請求項１０】 凹面鏡（１１）の凹部に向かって指向
    された気体流（６）が発光部（１２）を避けるように、
    該凹面鏡（１１）の凹面に衝突して散乱又は反射するこ
    とにより形成されることを特徴とする請求項９に記載の
    冷却方法。
11. 【請求項１１】 指向された気体流（６）は凹面鏡（１
    １）の光軸を含む平面（６０）内にないことを特徴とす
    る請求項１０に記載の冷却方法。
12. 【請求項１２】 指向された気体流（６）は複数あり、
    凹面鏡（１１）の光軸を含む１つの平面に関し互いに対
    称の関係にあることを特徴とする請求項１０に記載の冷
    却方法。
13. 【請求項１３】 指向された気体流（６）は４つ以上あ
    り、凹面鏡（１１）の光軸にて直交する２つの平面に関
    し互いに対称の関係にあることを特徴とする請求項１２
    に記載の冷却方法。
14. 【請求項１４】 指向された気体流（６）は複数あり、
    凹面鏡（１１）の光軸に関し互いに対称の関係にあるこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の冷却方法。
15. 【請求項１５】 気体流として、さらに、凹面鏡の光軸
    に概ね直交する気体流（４）を供給し、気体流（４）と
    気体流（６）とを互いに衝突させることにより、気体流
    （６）の指向方向を変えるとともに、凹面鏡の凹部内に
    還流する気体流（５）を供給することを特徴とする請求
    項９に記載の冷却方法。