(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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】
0003752847.tif 000002
【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
【図１】
0003752847.tif 000003
【図２】
0003752847.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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