JP3353693B2 - 光源ユニット - Google Patents
光源ユニットInfo
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Description
用光源などに使用される光源ユニットに関するものであ
る。
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
の放電ランプの光は凹面反射鏡により集光され、さらに
光利用効率を上げるためインテグレータレンズ等の各種
光学レンズで液晶面への照射光が制御されたりスクリー
ンの照度を均一にしたりするための工夫がされ、液晶面
に照射される。
ートアーク型のメタルハライドランプは、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裂する危険性が考えら
れる。この場合、発光管の破片は、高温のため凹面反射
鏡を損傷させるだけでなく、特に凹面反射鏡の反射光の
出射方向にある光学レンズや、周辺の部品に対しても飛
び散り、それらの部品に損傷を与え、そして光源ユニッ
ト自体の修復も大変である。
射側には、前面ガラス等の透光性部材を配して光源ユニ
ットを密閉化することで破片が飛散しない発明がなされ
ており、その例を示したものとして特開平5ー2510
54号公報がある。図1はこのような密閉型の光源ユニ
ットの例である。石英ガラス製の発光管2は硼珪酸ガラ
スのような硬質ガラス製の凹面反射鏡7の頸部9内に接
着剤8によって固着されている。前面ガラス10は硬質
ガラス製であり低融点ガラス11によって凹面反射鏡7
と固定されている。ランプ封止部4内にて金属箔5を介
して発光管内部の電極3と外部リード線6が接続されて
いる。
合はもちろんであるが、前面ガラスを凹面反射鏡前面開
口側に密閉状態で取り付けず、冷却風の送風・排風用の
間隙を設けて取り付けている場合においても、液晶プロ
ジェクター内では、発光管の最高温度領域である発光管
上部の温度がとくに高温になりやすく、発光管の失透現
象が起こる。そこで、発光管を冷却することで発光管の
失透を防ぐ発明例として、特開平5ー135746号公
報がある。これは送風パイプや送風ノズルを凹面反射鏡
の頸部から凹面反射鏡の反射面側へ導入し、発光管を冷
やすというものである。
ランプを用いた光源ユニットにおいて、放電ランプの光
学特性を安定に維持させるために発光管周囲を適切な温
度に冷却することと、発光管の破裂時の破片の飛散防止
をするために密閉することは相反するため、それを同時
に実現させることは難しかった。放電ランプによる高温
の熱を排熱させるため冷却用の送風用間隙を設け外気を
取り入れ、排風用間隙を設置した前述の光源ユニットと
した場合、前面ガラスがあることで、発光管の破片の飛
散はある程度防止できるが、光源ユニットを密閉してい
た時には気にならなかった放電ランプ破裂の際の破裂音
はほとんど原音のまま光源ユニットの外部に出てくる状
態であり、特別な防音、消音対策がなされてはいなかっ
た。
につれ、高動作圧の放電ランプが開発されるに至ってい
る。あるいは、プロジェクターそのものの小型化やプロ
ジェクター内部の光利用効率をアップさせる光学機構の
開発に伴い、光源ユニットの小型化改良がなされ、小型
の反射鏡で高消費電力の放電ランプを内在する光源ユニ
ットになりつつある。これらの光源ユニットでは放電ラ
ンプと反射鏡の割れなどの問題も発生し、光源ユニット
内の冷却性能がより重要になる。そして、放電ランプ破
裂時の破裂音についても従来より更に大きくなることが
考えらる。
は、図1のように放電ランプ1を前記のような密閉した
状態の光源ユニットにするのがよい。しかし、現状では
液晶プロジェクターにおいて、前面ガラス等を取り付け
て、破裂音も外に出にくく、破片も飛び散らない様に密
閉化した構造では、高消費電力の放電ランプにおいて
は、発光管上部の温度などが点灯時に異常高温になり、
発光管が失透する状態に陥ることがある。あるいは小管
径の発光管を有し高動作圧で点灯される放電ランプと小
型反射鏡の組み合わせからなる低消費電力の光源ユニッ
トにおいても、同様な状態になる可能性がある。また、
密閉化した光源ユニットの構造ではランプ封止部の温度
が高温になり、封止部内のMo金属箔の酸化による箔切
れ不良を発生することもある。
管やランプ封止部の冷却もでき、かつ発光管が破裂した
場合に、大きな破裂音がして周囲にいる人に不快や不安
を与えないように、破裂音をも減衰させる構造を有する
光源ユニットを提供することにある。
めに、凹面反射鏡の頸部に該凹面反射鏡と光軸を一致さ
せて放電ランプが固定され、該凹面反射鏡の前面開口部
が透光性材料の前面板あるいはインテグレーターレンズ
で覆われて、前記放電ランプからの放出光が該凹面反射
鏡の前面開口から放射する光源ユニットにおいて、該凹
面反射鏡の前面開口側の周縁部に冷却風送風穴を有しか
つ該凹面反射鏡の頸部および/または前記前面開口側の
周縁部に冷却風排風穴を有するか、または該凹面反射鏡
の頸部に冷却風送風穴を有しかつ前面開口側の周縁部に
冷却風排風穴を有しており、前記冷却風排風穴に消音用
パイプを配設した光源ユニットとする。
と光軸を一致させて放電ランプが固定され、該凹面反射
鏡の前面開口部が透光性材料の前面板あるいはインテグ
レーターレンズで覆われて、前記放電ランプからの放出
光が該凹面反射鏡の前面開口から放射する光源ユニット
において、該凹面反射鏡の前面開口側の周縁部に冷却風
送風穴を有し、かつ該凹面反射鏡の頸部に固定されたス
リーブ内に、光軸に沿って多段構造にした狭小空間の連
なりからなる通風経路と冷却風排風穴とが形成されてい
ることを特徴とする光源ユニットとする。
る通風経路というのは、放電ランプのベースを取り付け
るスリーブ内を、複数個の貫通穴が開けられた仕切壁に
より仕切り、仕切られてできた狭小空間が多段構造にな
るようにして、それぞれの狭小空間が前記貫通穴によっ
てつながり形成された経路のことである。
て図面を用いて説明する。図2は本発明の光源ユニット
の一実施例である。凹面反射鏡7の頸部9に放電ランプ
1が挿入され、スリーブ13および円形キャップ17等
により該凹面反射鏡7と光軸を一致させて接着剤8によ
り固定される。前面ガラス10は前面ガラス固定枠16
に例えば接着剤8を用いて固定される。該凹面反射鏡7
の前面開口側の周縁部に配置する前記前面ガラス固定枠
16には冷却風送風用あるいは排風用の穴15が設けら
れる。また反射鏡頸部9に接合させるスリーブ13にも
冷却風送風用あるいは排風用の穴15が設けられる。
鏡7の前面開口側の周縁部に配置する前記前面ガラス固
定枠16のみに冷却風送風用あるいは排風用の穴15を
設けた場合もある。そして、前記穴15の少なくとも排
風側穴にはパイプ12が接着剤8によって気密に固定さ
れている。冷却風は冷却ファンを使用し所定のパイプ1
2から光源ユニット内に送風され、送風に使用されるパ
イプ以外の所定のパイプ12から排風される。なお、送
風側と排風側のパイプの断面形状やパイプの長さは異な
っても構わない。
プ17については一例であり、スリーブ13と円形キャ
ップ17を一体化した部材を使用してもよく、図1の従
来例に示したように接着剤8で直接頸部9に放電ランプ
1を固定した光源ユニットの場合には、例えば冷却風送
風用あるいは排風用の穴を凹面反射鏡の頸部近傍の反射
鏡側面に設けることも可能である。
組み合わせが可能である。 (1)凹面反射鏡の前面開口側の周縁部に冷却風送風穴
を有しかつ該凹面反射鏡の頸部および/または前記前面
開口側に冷却風排風穴を有するか (2)または該凹面反射鏡の頸部に冷却風送風穴を有し
かつ前面開口側の周縁部に冷却風排風穴を有するかであ
る。
面開口側の周縁部の穴から入り、反射鏡頸部の穴から排
出されるか、反射鏡頸部および反射鏡前面開口側の他の
周縁部にある穴から排出されるか、反射鏡頸部が密閉構
造の場合は反射鏡の前面開口側の他の周縁部の穴から排
出される。(2)の場合は、逆に反射鏡頸部から入り、
放電ランプと反射鏡内面を冷却して凹面反射鏡の前面開
口側の周縁部にある穴から排出される。
電ランプでは、一般的には凹面反射鏡7に硼珪酸ガラス
が使われる。この硼珪酸ガラスの熱膨張率は32〜38
×10-7/℃付近のものが使われている。このガラスは
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16
0degまで耐える。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、更に耐熱
性に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60
0℃、通常使用温度500℃、耐熱衝撃は肉厚3.3m
mのガラスでは温度差400degまで耐える。
実施例の正面外観図を示している。図5は図4のA−
A’方向の断面図を示している。消音用パイプの取り付
け位置としては凹面反射鏡7の前面開口側の周縁部とし
て図2および図3では前面ガラス固定枠16に穴15を
設けた実施例を示したが、光源ユニットを四角い箱型の
灯具に収納する場合には図4、図5に示したように前面
ガラスは灯具の正面と同様な四角形になり、送排風のた
めに凹面反射鏡7と前面ガラスは密着させずに間隔をお
いて配置されるので、その場合は仕切り板18を設け、
その仕切り板18に穴15を開けてその穴15にパイプ
12を取り付けることができる。仕切り板18と前面ガ
ラス固定枠16とは一体化したものでもよく、仕切り板
18は光源ユニットを収納する灯具の内壁と一体となっ
ていてもよい。なお、図5において反射鏡の頸部9にも
送排風用の穴15を設け、パイプ12を取り付けた様子
を示しているが、図3のように頸部に送風・排風用穴を
設けない構造でもよい。
の頸部9に固定されたスリーブ13に狭小空間の連なり
からなる通風経路19と冷却風排出用の穴15を作り込
んだ構成とすることもできる。狭小空間の連なりからな
る通風経路は、ベース14を取り付けるスリーブ13内
を、複数個の貫通穴が開けられた仕切壁により仕切り、
仕切られてできた狭小空間が光軸に沿って多段構造にな
るようにして、それぞれの狭小空間が貫通穴によってつ
ながり形成された通風の経路である。
口側の周縁部の穴15から入り、凹面反射鏡内部と放電
ランプを冷却し、反射鏡頸部に固定されたスリーブ13
の通風経路19を通って冷却風排出用の穴15から流出
する。図9は狭小空間の連なりからなる通風経路をその
内部に有するスリーブを説明するために部品分解した斜
視図である。スリーブ13はスリーブ本体13Aと、凹
面反射鏡側にあるスリーブ内側キャップ13Bと、スリ
ーブ外側キャップ13Cとからなる。複数個の貫通穴
(ここでは3個)が開けられた仕切壁20はスリーブ本
体13A内にある。
50℃程度のSiO2とTiO2の多層膜蒸着が一般に施
されているが、さらなる耐熱性が要求される場合は70
0℃程度まで耐えるSiO2とTa2Oの多層膜蒸着など
が施されることもある。
使用される。取り付け方については、発光管破裂時の瞬
時的な力で、はずれないように止め具を用いるとか、反
射鏡7と前面ガラス固定材16で接合構造にし、光源ユ
ニットを収納する灯具ケース(不図示)内面で同ケース
に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10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。
ス、耐熱性樹脂等いずれの材質のものでもよい。また、
パイプ断面は円形に限られず多角形でも問題ない。反射
鏡前面開口側周縁部の前面ガラス固定枠16に取り付け
るパイプ12については、石英ガラス製パイプ等を凹面
反射鏡7に低融点ガラスで接合することや、前面ガラス
固定枠16とパイプ12を一体構造にアルミダイキャス
トでつくることなども考えられる。反射鏡前面開口側周
縁部で冷却風を入れるパイプについては、直接にランプ
から放射光が照射される部分では、耐熱温度や紫外線劣
化に注意すれば耐熱性樹脂でも使用が考えられる。スリ
ーブ13は高温度になるため耐熱性樹脂は使いづらい。
一般にスリーブ13はセラミックスが使用されている。
都合良くスリーブ13とパイプ12を一体構造にできる
形状にするか、耐熱性の無機接着剤でスリーブ13とパ
イプ12を固定させる等が考えられる。
ンプは消費電力150W〜400W等の消費電力の放電
ランプであり、石英ガラスを発光管を使用した通常のメ
タルハライドランプの他にも、透光性アルミナや透光性
イットリウム・アルミニウム・ガーネット、透光性イッ
トリア、透光性ジルコニアなどの透光性セラミックスを
発光管に使用した高動作圧のセラミック製メタルハライ
ドランプもある。ただし、100W程度の小消費電力の
放電ランプであっても、肉厚の石英ガラス製発光管を使
用した高動作圧の超高圧水銀ランプと小型反射鏡との組
み合わせによって使用される場合には発光管の冷却や破
裂時の防音対策は必要であり、本発明は適用できる。
いて具体的に説明する。凹面反射鏡7の材質は硼珪酸ガ
ラスを使用した。熱膨張率は36×10−7/℃であ
る。ガラスの肉厚は4mmであり、凹面反射鏡7の有効
反射部の径は84mm、反射鏡頸部9を含む深さ方向全
長57mm、焦点距離F13の回転楕円形状のものを使
用した。凹面反射鏡7の内面の反射面は耐熱性450℃
程度のSiO2とTiO2の多層膜蒸着によるコールドミ
ラーとした。
硼珪酸ガラスを使用した。板厚3.8mmであり、凹面
反射鏡7の前面開口部形状に略合わせた外径83mmの
板材である。凹面反射鏡7と前面ガラス10の取り付け
方については、前面ガラス固定枠16をアルミニウムの
切削加工部材により作製し、凹面反射鏡7と前面ガラス
固定枠16をそれぞれ接合に適った構造にして外れない
ように接合部を耐熱性の無機質接着剤8で接着固定し
た。
た。パイプ種類としてパイプ内径φ3、φ4、φ4.
6、φ6のものを準備した。パイプ肉厚は前記パイプ内
径によって幅があるが1mm〜1.7mmである。パイ
プ長さは50mmである。反射鏡前面開口側周縁部に取
り付けるパイプ12については、耐熱性の無機質接着剤
8で固定させた。スリーブ13の材質はステアタイト磁
器を使用した。スリーブ13とパイプ12を接合に適っ
た形状にし、耐熱性の無機質接着剤8で固定させた。
のメタルハライドランプを使用した。発光管の外径14
mm、内径10.4mm、封入物は水銀、希土類ハロゲ
ン化物および始動ガスとしてアルゴンを所定量封入して
ある。点灯時の動作圧は60atmである。
によって方法を工夫する必要があるが、一例を示すとパ
イプ内径が3mmの場合は、凹面反射鏡前面開口部側の
パイプに内径5mm、長さ50cmのシリコン製の送風
チューブを接続し、該送風チューブにはDC12V、最
大風量0.18m3/min、最大静圧8.8mmH2O
のプロペラファンにより冷却風を送り込み、凹面反射鏡
頸部に設けたパイプから排風することで、冷却なしの状
態でランプ発光管上部温度1040℃であったものを、
960℃にまで下げることができた。また、発光管下部
温度についても840℃の温度を798℃に下げること
ができた。さらに、凹面反射鏡開口側のランプ封止部の
温度はMo金属箔の酸化による箔切れ不良を防ぐため3
50℃以下程度にする必要があり、上記の冷却方法で3
30℃に下げることができた。
使用して、送風・排風用の穴にパイプを取り付けた場合
と取り付けない場合でのランプ破裂時の破裂音を比較測
定した。表1は破裂音を測定した光源ユニットの一覧で
ある。冷却風の送風用および排風用の穴の全面積を総開
口面積とし、総開口面積の異なる4種類の光源ユニット
を準備した。表中、送風・排風用の穴にパイプを取り付
けた場合の光源ユニットをP1〜P4、パイプを取り付
けない場合の光源ユニットをN1〜N4で示している。
N1とP1、N2とP2、N3とP3、N4とP4とは
それぞれ光源ユニットの同一箇所に送風用あるいは排風
用の穴を有しており、送風用・排風用の穴にパイプを取
り付けない光源ユニットの穴の開口面積と送風用・排風
用の穴にパイプを取り付けた光源ユニットのパイプ内断
面積を一致させている。
面開口側の周縁部に4本、反射鏡頸部に2本、P2〜P
3は反射鏡前面開口側の周縁部に4本、反射鏡頸部に1
本、P4は反射鏡前面開口側の周縁部のみに4本取り付
けた。
させ、ランプ(発光管)破裂時の破裂音を騒音計にて測
定した。騒音計の測定原理は次のとおりである。破裂音
はコンデンサマイクの振動膜に音圧として加えられ、電
圧に変換されプリアンプによって増幅される。プリアン
プの出力信号は、周波数補正回路に送られ周波数特性的
に補正がなされる。当実験では、A特性が選択されるよ
うに設定した。A特性で重みつけされた出力信号は、さ
らにDC増幅器にてメータ表示用DC出力電圧につくら
れ表示される。実効値化された数値の最大値を読み取
る。当実験でいう騒音値とは、A特性音圧レベルのこと
であり、音圧の実効値の2乗を基準音圧(20μPa)
の2乗で除した値の常用対数の10倍で表示されてい
る。
の関係で示したものである。この結果から、φ3〜φ6
の細い内径のパイプを光源ユニットの送風・排風用穴に
取り付けたP1〜P4は単に光源ユニットに送風・排風
用穴を設けただけの光源ユニットN1〜N4と比べて
2.0〜4.5dBの音量低下が確認された。すなわ
ち、送風・排風用穴の全面積が同じ場合には明らかに送
風・排風用穴にパイプを取り付けたことにより消音効果
があることが判明した。
路を作り込んだ構造の光源ユニットについては、仕切壁
の穴と冷却風排風用穴の径をφ4とし、仕切壁の穴と冷
却風排風用穴をそれぞれ3個とした光源ユニットを試作
した。放電ランプは直流点灯で消費電力250Wのメタ
ルハライドランプを使用した。発光管の外径14mm、
内径10.4mm、封入物は水銀、希土類ハロゲン化物
および始動ガスとしてアルゴンを所定量封入してある。
点灯時の動作圧は60atmである。
光源ユニットにおいて、ランプ破裂時の破裂音が95d
Bであったのに対し、本発明の図8の光源ユニットでは
破裂音は86dBと小さくなった。なお、ここでは仕切
壁20と冷却風排出用の穴15が3個の場合の例で実験
した結果を示したが、さらに穴径にもより多数の穴を有
するスリーブを使用しても差し支えない。
の頸部に該凹面反射鏡と光軸を一致させて放電ランプが
固定され、該凹面反射鏡の前面開口部が透光性材料の前
面板あるいはインテグレーターレンズで覆われて、前記
放電ランプからの放出光が該凹面反射鏡の前面開口から
放射する光源ユニットにおいては、該凹面反射鏡の前面
開口側の周縁部に冷却風送風穴を有しかつ該凹面反射鏡
の頸部および/または前記前面開口側の周縁部に冷却風
排風穴を有するか、または該凹面反射鏡の頸部に冷却風
送風穴を有しかつ前面開口側の周縁部に冷却風排風穴を
有しており、前記排風穴に消音用パイプを配設した光源
ユニットにすることで、放電ランプが点灯中にランプが
破裂した際に光源ユニットの外部へ漏れ出る破裂音を小
さくすることができ、周囲にいる人に不快感や不安感を
与えることがなくなる。そして、消音用パイプは冷却用
送風用あるいは排風用パイプを兼ねることもでき光源ユ
ニットに必要な冷却も十分に行うことができる。
冷却風送風穴を有し、かつ該凹面反射鏡の頸部に固定さ
れたスリーブ内に光軸に沿って多段構造にした狭小空間
の連なりからなる通風経路と冷却風排風穴とが形成され
ている光源ユニットとすることによっても、光源ユニッ
トに必要な冷却も十分に行いつつ、放電ランプが点灯中
にランプが破裂した際に光源ユニットの外部へ漏れ出る
破裂音を小さくすることができる。
示す。
を示す。
ら見た外観図を示す。
示す。
の断面図を示す。
示す。
部品分解した斜視図を示す。
Claims (2)
- 【請求項1】 凹面反射鏡の頸部に該凹面反射鏡と光軸
を一致させて放電ランプが固定され、該凹面反射鏡の前
面開口部が透光性材料の前面板あるいはインテグレータ
ーレンズで覆われて、 前記放電ランプからの放出光が該凹面反射鏡の前面開口
から放射する光源ユニットにおいて、 該凹面反射鏡の前面開口側の周縁部に冷却風送風穴を有
しかつ該凹面反射鏡の頸部および/または前記前面開口
側の周縁部に冷却風排風穴を有するか、または該凹面反
射鏡の頸部に冷却風送風穴を有しかつ前面開口側の周縁
部に冷却風排風穴を有しており、前記冷却風排風穴に消
音用パイプを配設したことを特徴とする光源ユニット。 - 【請求項2】 凹面反射鏡の頸部に該凹面反射鏡と光軸
を一致させて放電ランプが固定され、該凹面反射鏡の前
面開口部が透光性材料の前面板あるいはインテグレータ
ーレンズで覆われて、 前記放電ランプからの放出光が該凹面反射鏡の前面開口
から放射する光源ユニットにおいて、 該凹面反射鏡の前面開口側の周縁部に冷却風送風穴を有
し、かつ該凹面反射鏡の頸部に固定されたスリーブ内
に、光軸に沿って多段構造にした狭小空間の連なりから
なる通風経路と冷却風排風穴とが形成されていることを
特徴とする光源ユニット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8511698A JP3353693B2 (ja) | 1997-03-21 | 1998-03-17 | 光源ユニット |
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
JP9-85548 | 1997-03-21 | ||
JP8554897 | 1997-03-21 | ||
JP8511698A JP3353693B2 (ja) | 1997-03-21 | 1998-03-17 | 光源ユニット |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10326520A JPH10326520A (ja) | 1998-12-08 |
JP3353693B2 true JP3353693B2 (ja) | 2002-12-03 |
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ID=26426145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP8511698A Expired - Lifetime JP3353693B2 (ja) | 1997-03-21 | 1998-03-17 | 光源ユニット |
Country Status (1)
Country | Link |
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