JP2000082322A

JP2000082322A - 光源ユニット

Info

Publication number: JP2000082322A
Application number: JP26904698A
Authority: JP
Inventors: Kenji Imamura; 賢二今村; Satoru Takemura; 哲竹村
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-21
Also published as: TW424256B; DE69932982D1; DE69932982T2; EP0985875A2; EP0985875B1; US6575599B1; EP0985875A3

Abstract

(57)【要約】【課題】差圧流路系中に配置された放電ランプを有す
る光源ユニットにおいて、放電ランプや凹面反射鏡を効
率良く冷却できる構造を提供することである。【解決手段】凹面反射鏡１１の首部に放電ランプ１０
が固定され、この放電ランプ１０が略水平に、かつ、差
圧流路系中に配置されて、凹面反射鏡１１の首部に設け
られた冷却排風穴２１と、凹面反射鏡１１の前面開口を
覆う光透過性ガラス１４と、この凹面反射鏡１１の前面
開口近辺に設けられ、かつ、凹面反射鏡内部に対して指
向性を有する冷却送風穴２０とを有することを特徴とす
る。

Description

【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
リーンにおける照度が均一になるように工夫されて液晶
面に対して照射される。

【０００３】例えば、光源として使用されるショートア
ーク型放電ランプは、点灯時には、発光管内の圧力が２
０〜１５０ａｔｍ程度の高い動作圧になるものがある。
この場合、通常必要とされる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り
うる。また、放電ランプがプロジェクター内部の光学系
や電源部等に高温のガラス破片が飛散し、劣化されたり
汚すことで光透過性部の部品が使用不可能になったりす
る場合があり修理が大変であったり、また非常に大きな
破裂音が発生する。

【０００４】この対策として、凹面反射鏡の前面開口を
光透過性ガラスで覆い、万一、放電ランプが点灯中に破
損しても、その破片が外部に飛散しないようにし、ま
た、光透過性ガラスで覆うことによって破裂音を消音し
て大きな破裂音が聞こえないようにしたものが知られて
いる。このような光源ユニットは、例えば特開平５−２
５１０５４号公報に開示されている。

【０００５】ここで、凹面反射鏡の前面開口を光透過性
ガラスで覆うと、ランプの破損や消音には効果がある
が、凹面反射鏡内部がほぼ密封状態になるので、点灯時
において反射鏡内部はきわめて高温になる。具体的に
は、放電ランプの発光部や封止部が必要以上に高温にな
り、発光管は失透を起し、封止部内の金属箔は酸化、膨
張によりクラックを発生させたりする。また、反射鏡の
鏡面温度が必要以上に高温になると、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
射鏡が熱により大きなクラックを起こすことがある。

【０００６】

【発明がしようとする課題】この発明が解決しようとす
る課題は、差圧流路系中に配置された放電ランプを有す
る光源ユニットにおいて、放電ランプや凹面反射鏡を効
率良く冷却できる構造を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の光源ユニットは、凹面反射鏡の首部に放
電ランプが固定され、この放電ランプが略水平に、か
つ、差圧流路系中に配置されて、凹面反射鏡の首部に設
けられた冷却排風穴と、前記凹面反射鏡の前面開口を覆
う光透過性ガラスと、この凹面反射鏡の前面開口近辺に
設けられ、かつ、凹面反射鏡内部に対して指向性を有す
る冷却送風穴とを有することを特徴とする。また、凹面
反射鏡の前面開口は最大開口径が８０ｍｍ以下であるこ
とを特徴とする。さらに、放電ランプは定格１３０Ｗ以
上で点灯することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の光源ユニット１が
差圧経路を形成する外箱２の中に配置された状態を示
す。（ａ）図は外箱２の横断面図を示し、（ｂ）図は
（ａ）図のＸーＸ’より下方を見た上断面図である。こ
の外箱２は実際には液晶プロジェクター装置等が該当
し、外箱２の内部には光源ユニット以外に種々の部品が
配置されるが、便宜上、光源ユニット１以外のものは省
略している。外箱２の一つの壁に、図においては下壁
に、吸気ファン３が取り付けられ、外箱２の他の壁に、
図においては側壁に、排気ファン４が取り付けられる。
吸気ファン３、および吸気ファン４は、例えばプロペラ
ファンよりなり、光源ユニット１のみならず外箱２内に
配置される種々の部品も冷却できる構造となっている。

【０００９】図２は光源ユニット１を示す。放電ランプ
１０が凹面反射鏡１１（以下、「反射鏡」ともいう）の
中で反射鏡１１の光軸と放電ランプ１０の長手軸が一致
するように略水平に配置される。反射鏡１１も首部には
ランプ保持部材１２が取り付けられ、この保持部材１２
に放電ランプ１０が固定される。反射鏡１１の前面開口
には取付部材１３を介して光透過性ガラス１４が配置さ
れ、この構成により、光源ユニット１は後述する冷却用
の開口を除いて、略密閉状態となり、放電ランプ１０の
破損が生じても破片の飛散や破裂音の問題を良好に解決
できる。

【００１０】放電ランプ１０は石英ガラスからなり、例
えば、１５０Ｗのショートアーク型水銀ランプであっ
て、発光部１０１の中に一対の電極を有し、発光部１０
１の両端には封止部１０２が形成される。封止部１０２
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。放電ランプ１０には、例えば、電極間距離が１．４
ｍｍ、発光部１０１の最大径がΦ１１ｍｍ程度の小型の
ものが使われる。放電ランプ１０は点灯中、高温にな
りすぎると発光部の石英ガラスが失透するので、ランプ
点灯中にあっては発光部、とりわけ上部を良好に冷却す
ることが必要である。また、封止部には金属箔が埋設さ
れているのでこの部分は高温になっても酸化等を起こし
てしまう。

【００１１】凹面反射鏡１１は、放電ランプ１０からの
放射光を良好に光源ユニット１の前面から放射させるた
めのもので、硼珪酸ガラス等の基材の上に反射膜が塗布
されている。反射鏡１１の基材は硼珪酸ガラスに限定さ
れるものではないが、放電ランプの定格消費電力が比較
的低い場合は硼珪酸ガラスが良く使われ、この場合の熱
膨張率は３２〜３８×１０^-7／℃付近で、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
のが使われる。

【００１２】また、反射鏡１１の基材には結晶化ガラス
も使われる。この結晶化ガラスは上記硼珪酸ガラスに比
べて耐熱性、熱膨張率が優れている。一例をあげると、
熱膨張率は、４．１×１０^-7／℃、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℃迄耐えるものである。

【００１３】また、反射鏡１１の鏡面には、酸化ケイ素
（ＳｉＯ₂）と酸化チタン（ＴｉＯ₂）の多層膜蒸着が施
される。この場合の耐熱温度は４５０℃程度となる。

【００１４】反射鏡１１の前面開口には取付部材１３を
介して接着剤などで光透過性ガラス１４が取り付けられ
る。この光透過性ガラス１４には硼珪酸ガラスが一般的
に使用される。光透過性ガラス１４の取付け方について
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などができ
る。なお、光透過性ガラス１４は、反射鏡１１とともに
インテグレータレンズとして構成させることもできる。
この場合は、反射鏡１１、光透過性ガラス１４を各々、
同じ数のエリアに分割させて、１つのエリア同士は一対
一に対応させるものである。このように反射鏡と光透過
性ガラスでインテグレータレンズを構成させることで均
一な光の照射をコンパクトな構造で達成することができ
る。この技術については、詳しくは、本出願人の先願で
ある特開平９−１８５００８号を参照されたい。

【００１５】取付部材１３には外部より冷却風を流入す
る送風穴２０が設けられる。また、反射鏡１１の首部２
１に接合させるスリーブ１２には冷却風を排出する排風
穴２１が設けられる。送風穴２０は光源ユニット１内を
良好に冷却するべく特定部分に対して指向性を有してい
る。この場合の特定部分とは放電ランプの定格電力や発
光部、封止部の大きさ、反射鏡内部の空間の大きさ、封
止部に金属箔を有するか否か、などにより光源ユニット
ごとに異なるものである。このことは光源ユニット内に
流入した冷却風が、まず初めにどこに照射するかを意味
しており、光源ユニット内は略密閉された空間である
が、冷却風を当てたり循環させたりすることで、放電ラ
ンプや反射鏡などをそれぞれ効果的に冷却することがで
きる。

【００１６】図１に話しを戻し、外箱２の中には光源ユ
ニット１を取り囲むように仕切壁５が形成される。外箱
２の中は仕切壁５を境界として、吸気ファン３及び光源
ユニット１の送風穴２０を含む空間Ａと、排気ファン４
及び光源ユニット１の排風穴２１を含む空間Ｂが分離さ
れている。

【００１７】このような構成において、冷却風の流れを
説明すると、吸気ファン３から外箱２の内部に流入した
冷却風は空間Ａと空間Ｂの圧力差によって、光源ユニッ
ト１の内部に流れる。このとき、取付部材１３の送風穴
２０から流入するわけであるが、前述のごとく、送風穴
２０は光源ユニット１内部を良好に冷却できるような流
路を形成するべく特定の指向性を有している。そして、
光源ユニット１の排風穴２１より流出した冷却風は排気
ファン４より外箱２の外部に排出される。

【００１８】このような効果的な冷却は、本願発明の光
源ユニット１が差圧経路中に配置されているからこそ達
成できる特徴であり、また、凹面反射鏡１１の前面開口
に光透過性ガラスがあることも差圧経路を利用している
点で大きな特徴といえる。なお、このような差圧により
流れる冷却風の風量は、送風穴径、送風穴構造、排風穴
径、排風穴構造等によって変化する。

【００１９】図３、図４、図５は他の実施例を示す。図
１に示す実施例と異なる点は光源ユニット１に設けられ
た送風穴の位置が異なることである。具体的には、図３
は取付部材１３に送風穴が設けられているのではなく、
取付部材１３と光透過正ガラス１４の間に間隙を設けて
設定されている。この場合の間隙は、例えば、４．５ｍ
ｍである。また、図４は光透過性ガラス１４の中心部に
開口を有し、放電ランプ１０の封止部の軸線に沿うよう
に冷却風が流れる。光透過性ガラス１４に設けられた開
口が、例えば、Φ８．５ｍｍである。さらに、図５(ａ)
は取付部材１３と光透過性ガラス１４の間に設けた開口
であって、下方のみならず上方にも設けたものである。
さらに図５(ｂ)は取付部材１３がなく、反射鏡１１に直
接、光透過性ガラス１４を隙間を設けて取り付けたもの
を示す。

【００２０】このような実施例でも、外箱２の中で仕切
壁５を境界として、吸気ファン３及び光源ユニット１の
送風穴２０を含む空間Ａと、排気ファン４及び光源ユニ
ット１の排風穴２１を含む空間Ｂが分離されている。そ
して、吸気ファン３から外箱２の内部に流入した冷却風
は空間Ａと空間Ｂの圧力差によって、光源ユニット１の
内部に流れ、排風穴２１より流出した冷却風は排気ファ
ン４より外箱２の外部に排出される。そして、このよう
な冷却風の流れは、前述と同様に、光源ユニット１が差
圧経路中に配置されているからこそ達成できる特徴であ
り、また、凹面反射鏡１１の前面開口に光透過性ガラス
があることも差圧経路を利用している点で大きな特徴と
いえる。

【００２１】図６は光源ユニット１を含む外箱２の他の
実施例を示す。この実施例が今まで説明した実施例と異
なる点は、吸気ファン３及び光源ユニット１の送風穴２
０を含む空間Ａと、排気ファン４及び光源ユニット１の
排風穴２１を含む空間Ｂが明確に分離されておらず、し
たがって仕切壁５も存在しないことのある。しかしなが
ら、図に示すように、光源ユニット１の取付部材１３と
外箱２の内壁との間隔が小さい場合などのように、外箱
２の内部で差圧経路が形成され、吸気ファン３により流
入された冷却風がこの差圧によって、光源ユニット１内
に流入することで放電ランプ、反射鏡の鏡面を良好に冷
却することができる。

【００２２】次に、本発明の光源ユニットの効果を示す
実験を示す。実験は、図７に示す実験箱を使って行なっ
た。実験箱５０はＣ部屋とＤ部屋に分けられている。そ
して、Ｃ部屋に対しては吸気ファン７１が取り付けられ
実験箱５０内に冷却風を送り込むとともに、Ｄ部屋に対
しては排気ファン７２が取り付けられ冷却風を箱外に排
出する。そして、Ｃ部屋で構成される空間７４とＤ部屋
で構成される空間７３は差圧値を得られる程度に分離さ
れており、仕切壁７５に設けられた開口７６を介して冷
却風が流れる。Ｃ部屋の壁には開口が設けられている。
このような構造によりＣ部屋がＤ部屋に対して高圧にな
るので、この圧力差によって冷却風の流れが生じてこの
流れによって光源ユニット内部の冷却を行なっている。
ランプは定格消費電力１５０Ｗの直流点灯型のものであ
って、点灯中水銀動作圧が１５０気圧以上となる超高圧
水銀ランプを使った。吸気ファン、排気ファンは各々１
２Ｖのプロペラファンを使った。開口７６は反射鏡の鏡
面に向いているものが２個、放電ランプの封止部に向い
ているものが２個の合計４個が設けられて各々の開口穴
径はΦ４．５ｍｍの大きさを有する。

【００２３】このような実験装置において、Ｃ部屋、Ｄ
部屋に各々設けられた扉（図示略）の開閉隙間の間隔を
変化させることで差圧を変化させた。そして、各差圧に
おける放電ランプの発光部の温度（発光部上部の温度と
下部の温度）、封止部の温度、反射鏡内面、反射鏡外面
の温度とその温度差を測定した。温度測定は各々の測定
箇所に熱電対を取り付けて行い、差圧の測定はＣ部屋、
Ｄ部屋に圧力センサーチューブを取り付けておこなっ
た。そして、点灯２０分後の各部の温度を測定した。測
定結果を以下に示す。ここで、限界値はその値以上にな
ると弊害が生じるとされる数値である。

【００２４】

【表１】温度の単位はすべて「℃」である。また、風量は、差圧
２２Ｐａが８．８(ｌ/min)であり、差圧１１Ｐａが６．
２(ｌ/min)であり、差圧９Ｐａが５．４(ｌ/min)であ
り、差圧０Ｐａは当然ながら０．０(ｌ/min)である。

【００２５】ここで、差圧により流れる風量について
は、この実験においては、送風穴等の構造や吸排気ファ
ン等の条件はすべて同一であり、前記開閉扉の開閉度に
よる差圧の変化に基づく違いである。なお、風量につい
ては風量計を使って測定した。この結果、差圧を利用し
て一定量の風量を送風することで放電ランプ、反射鏡を
良好に冷却し、各部の温度を限界値以下に抑えることが
できた。

【００２６】なお、本発明による冷却方法は、凹面反射
鏡の前面開口の最大開口径が８０ｍｍ以下と小型化した
ものにおいて、放電ランプの定格電力が１３０Ｗ以上で
点灯するものでは各部の温度が高温になる場合があり、
冷却する上で特に有効である。

【００２７】

【発明の効果】以上、本発明の光源ユニットは、凹面反
射鏡の首部に放電ランプが固定されて、差圧流路系中に
配置されて、この凹面反射鏡の首部に設けられた冷却排
風穴と、前記凹面反射鏡の前面開口を覆う光透過性ガラ
スと、前記凹面反射鏡の前面開口近辺に設けられ、か
つ、凹面反射鏡内部に対して指向性を有する冷却送風穴
とを有することで、放電ランプの発光部と封止部、およ
び反射鏡鏡面の全てを良好に冷却することができ、ま
た、光透過性ガラスによって放電ランプの破損にも良好
に対処できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光源ユニットを示す。

【図２】本発明の反射鏡付き放電ランプを示す。

【図３】本発明の光源ユニットの他の実施例を示す。

【図４】本発明の光源ユニットの他の実施例を示す。

【図５】本発明の光源ユニットの他の実施例を示す。

【図６】本発明の光源ユニットの他の実施例を示す。

【図７】本発明の効果を示す実験装置を示す。

【符号の説明】１０放電ランプ１１反射鏡１４光透過性ガラス２０冷却送風穴２１冷却排風穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹面反射鏡の首部に放電ランプが固定され
て、差圧流路系中に配置された光源ユニットにおいて、前記凹面反射鏡の首部に設けられた冷却排風穴と、前記
凹面反射鏡の前面開口を覆う光透過性ガラスと、前記凹
面反射鏡の前面開口近辺に設けられ、かつ、凹面反射鏡
内部に対して指向性を有する冷却送風穴と、を有することを特徴とする光源ユニット。
【請求項２】前記凹面反射鏡の前面開口は最大開口径が
８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載す
る光源装置。
【請求項３】前記放電ランプは定格１３０Ｗ以上で点灯
することを特徴とする請求項１に記載する光源装置。