JP4059251B2 - 光源装置、およびプロジェクタ - Google Patents

光源装置、およびプロジェクタ Download PDF

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Description

本発明は、電極間で放電発光が行われる発光部、及びこの発光部の両側に設けられる封止部を有する発光管と、略楕円面状の反射面を有し前記発光管から放射された光束を一定位置に収束して射出する楕円リフレクタと、反射面がこの楕円リフレクタの反射面と対向配置されるとともに、前記発光管の光束射出前方を覆って前記発光管から放射された光束を前記楕円リフレクタに反射する副反射鏡と、前記楕円リフレクタの光束射出前方に設けられ光束を透過させる透明部材とを備える光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。
従来、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調し、光学像を拡大投写するプロジェクタがパーソナルコンピュータとともに会議、学会、展示会でのプレゼンテーション用途に利用されており、近年では、ホームシアター用途にも利用されている。
このようなプロジェクタに用いられる光源装置としては、メタルハライドランプや高圧水銀ランプ等の高輝度で発光する放電型発光管にリフレクタを取り付けたものがあり、近年では、反射面が楕円面状の楕円リフレクタを使用したものが知られている(例えば、特許文献1)。
この楕円リフレクタでは、楕円リフレクタの光束射出後方側となる楕円第1焦点の位置に発光管の発光中心を配置し、光束射出前方側となる第2焦点の位置に反射光束を収束させる。楕円リフレクタとともに副反射鏡を備えた光源装置は、楕円リフレクタの第1焦点と第2焦点とを近づけ、集光量に対して開口径を小さく、すなわち、浅くできるとともに、低出力光源でも効率よく集光できる。したがって、光源装置が組み込まれるプロジェクタの小型化や高輝度化を促進できる。
一方、楕円リフレクタの光束射出前方には、特許文献1にもあるように、平行化レンズ等の透明部材が設けられ、光源光はこの透明部材を介して、光源装置後段の光学系に入射する。
このような透明部材は、保持部材によって所定の光軸上に保持されており、この保持部材を楕円リフレクタの光束射出前方端部から透明部材の外周部分まで覆うように設け、光学的に制御できずに不使用光となってしまう迷光の漏出を防止するのが好ましい。
ここで、この保持部材は、発光管からの放射光束の照射を受けて熱劣化しやすい。そのため、この保持部材にはアルミニウム等の金属材料を使用した遮光部材を設けて、耐熱性を高めていた。
特開2000−347293号公報(図1、図3)
しかしながら、上記のように浅い楕円リフレクタおよび副反射鏡を採用する場合、副反射鏡によって覆われた発光管の過熱を防止するために、副反射鏡は赤外線や紫外線を透過させる仕様とするのが好ましい。この場合、副反射鏡によって可視光線が楕円リフレクタに向かって反射される一方、赤外線ないし紫外線は副反射鏡の反射面を透過して透明部材が設けられている側に向かうので、これらの赤外線や紫外線によって透明部材を保持する保持部材が照明される。また、楕円リフレクタの光束射出前方側に発光管が突出するので、保持部材の内周面に発光管が対向配置された状態となる。このような構成において、保持部材の内側に設けられた金属製の遮光部材によって副反射鏡を透過した赤外線や紫外線等の迷光が反射し照り返しが生じるので、この照り返された迷光によって発光管の封止部や発光部が照射され、過熱により、発光管の寿命が短くなってしまう。さらには、光源装置の内部の熱が上昇する問題が生じていた。
なお、発光管の光束射出前方側の封止部突端は、楕円リフレクタの第2焦点位置となる光の収束部分にも近く、保持部材での照り返しと相まって温度上昇が激しいため、まず、この部分の温度を下げる必要がある。
一方、ファン送風等によって発光管を冷却する場合、迷光を遮光している保持部材に大きな開口を形成することができないので、十分に冷却するのが難しい。また、ファンを大型化したり、回転数を上げたりすると騒音化につながってしまう。
本発明の目的は、上記問題に鑑みて、小型化および低騒音化に対応できるとともに、発光管を十分に低温化できる光源装置、およびこの光源装置を備えるプロジェクタを提供することにある。
本発明の光源装置は、電極間で放電発光が行われる発光部、及びこの発光部の両側に設けられる封止部を有する発光管と、略楕円面状の反射面を有し前記発光管から放射された光束を一定位置に収束して射出する楕円リフレクタと、反射面がこの楕円リフレクタの反射面と対向配置されるとともに、前記発光管の前記発光部の光束射出前方を覆って前記発光管から放射された光束を前記楕円リフレクタに反射する副反射鏡と、前記楕円リフレクタの光束射出前方に設けられ、光束を透過させる透明部材とを備える光源装置であって、前記楕円リフレクタの光束射出前方端部に設けられ、前記透明部材の外周端部を保持する保持部材を備え、前記楕円リフレクタの反射部の光軸方向寸法は、前記発光管の前記光軸方向寸法より短く、前記封止部のうち前記光束射出前方側の封止部が前記楕円リフレクタから突出しており、前記副反射鏡は、可視光を反射し、赤外線及び紫外線を透過させ、前記保持部材は、前記光束射出前方側の前記楕円リフレクタから突出する前記封止部を覆うように対向配置され、その側面に空気を導入する吸気口及び前記空気を排出する排気口が形成されており、前記保持部材は、前記副反射鏡を透過した赤外線及び紫外線を吸収する吸収部材が内側に配設された二重構造とされていることを特徴とする。
本発明によれば、保持部材が内側部分に吸収部材が配設された二重構造とされていることにより、発光管から楕円リフレクタの射出方向前方に射出され副反射鏡を透過した光束は、該吸収部材によって光吸収されるため、保持部材を直接照射する光や再び発光管へ照り返される光を確実に減少させることができる。これにより、光源装置の小型化のために楕円リフレクタの楕円面状の開口径が小さく、発光管の封止部が楕円リフレクタの開口から突出し、保持部材に覆われるように配向配置されていても、光照射による保持部材の熱劣化および発光管の加熱等の影響が確実に低減され、光源装置を長寿命化することができる。また、保持部材は吸収部材により二重構造となっており、上述のように内側に配設された吸収部材によって光が吸収されるため、保持部材全体として光源光による熱劣化が防止される。つまり、吸収部材によって耐熱性が確保されているから、外側には熱で劣化しやすい部材を採用することもできる。したがって、例えば、合成樹脂等によって外側の部材を形成することにより、軽量化、低コスト化、成形の容易化を促進できる。
また、保持部材には、空気を導入する吸気口および空気を排出する排気口が形成されているので、吸気口から外部の空気が導入され、発光管をより低温化できる。
本発明の光源装置では、前記吸気口に空気を供給するファンを有するとともに、前記吸気口には導入された空気を整流する複数の羽根部材を有するルーバが設けられていることが好ましい。
この発明によれば、ファンとルーバとを備えることによって、ファンにより供給されかつルーバによって整流された空気によって発光管が効率良く冷却されるので、発光管をより一層低温化できる。
本発明の光源装置では、前記吸収部材は、略円筒形の筒部を含んで形成され、前記ファンから送風される空気流は、前記吸収部材の内周面に沿った向きで前記保持部材の前記吸気口に導入され、前記吸気口から導入された空気流は、前記楕円リフレクタおよび/または前記吸収部材の内周面に沿って廻るように流れることが好ましい。
また、本発明の光源装置では、前記ファンは、空気流を吐出する吐出口を備え、前記保持部材の前記吸気口と前記ファンの前記吐出口とがダクトにより接続されていることが好ましい。
この発明によれば、ファンから送風される空気流が、吸収部材の内周面に沿った向きで保持部材の吸気口に導入され、楕円リフレクタおよび/または吸収部材の内周面に沿って廻るように空気流が流れるから、楕円リフレクタおよび/または吸収部材を満遍なく冷却することが可能となる。また、ファンから空気流が吐出される吐出口と保持部材の吸気口とをダクトによって接続することにより、ファンから吹き出す空気を無駄なく光源装置内に勢い良く流入させることができる。つまり、ダクトにより風量損失および風圧損失が抑制され、ファンから吐出した空気流を楕円リフレクタおよび/または保持部材の内周面に沿って滑らかによどみなく回流させることができる。
このように、外部から供給される空気流が楕円リフレクタの内側および/または吸収部材の内周面に沿って風量十分に廻るように流れることで、発光管から放射された光によって楕円リフレクタ、発光部および吸収部材の温度が上昇しても、回流する冷却空気によって効率良く十分に冷却される。
したがって、冷却された吸収部材によって、発光管から照射された光を十分に吸収できるので、発光管の低温化を一層促進できる。
なお、吸気口は保持部材の任意の部分に設けられているが、ルーバの複数の羽根部材は吸収部材の内周面にほぼ沿って延びているため、楕円リフレクタの中心軸をほぼ中心に廻る冷却空気の流れがルーバによって妨げられることはない。
本発明の光源装置では、前記羽根部材は、前記吸気口の開口面に対し、該吸気口から前記発光部に向かって傾斜するように配置されていることが好ましい。
この発明によれば、上述したような吸収部材の光吸収により、特に楕円リフレクタから突出する発光管の封止部の突端部分で十分な低温化を図ることができるので、羽根部材の傾きを発光部に向かうように設定し、外部からの導入空気を発光部に向けて流すことにより、発光管全体を一層効率よく、満遍なく低温化できる。さらに、導入する空気の風量は発光部が充分に冷却される風量だけで済むので、ファンの消費電力を抑制できるとともに、低騒音化が可能である。
本発明の光源装置では、前記羽根部材は、前記吸収部材を切り起こした切り起こし片として、前記吸収部材と一体に形成されていることが好ましい。
この発明によれば、吸収部材と羽根部材とが一体化されていることにより、外部からの導入空気がルーバを通過する際に、羽根部材が外部空気によって冷却されるとともに、光の吸収熱で過熱しやすい吸収部材の冷却も図られる。また、羽根部材が吸収部材と同材料で形成されるため、ルーバ部分でも光源光が吸収される。
したがって、冷却された吸収部材および羽根部材により、発光管から照射された光を十分に吸収でき、発光管の低温化をより一層促進できる。
また、プレス等により、板金材料から切り起こし加工によって羽根部材を形成すれば、ルーバを別途用意するコストや組み立てる工程が省け、低コスト化を実現できる。
本発明のプロジェクタは、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、拡大投写するプロジェクタであって、上記いずれかの本発明の光源装置を備えることを特徴とする。
この発明によれば、本発明の光源装置が前述のような作用及び効果を具備するため、同様の作用及び効果を享受でき、プロジェクタの小型化および低騒音化にも対応できる。
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態に係るプロジェクタ1の光学系を表す模式図が示されている。このプロジェクタ1は、光源から射出された光束を、画像情報に応じて変調して光学像を形成し、スクリーン上に拡大投写する光学機器であり、光源装置としての光源ランプユニット10、均一照明光学系20、色分離光学系30、リレー光学系35、光学装置40、及び投写光学系50を備えて構成され、光学系20〜35を構成する光学素子は、所定の照明光軸Xが設定された光学部品用筐体2内に位置決め調整されて収納されている。
なお、プロジェクタ1は複数のファンを備え、光源ランプユニット10および光学系20〜35を対象とする冷却機構が構成されているが、ここでは説明を省略する。
光源ランプユニット10は、光源ランプ11から放射された光束を一定位置に収束して射出し、光学装置40を照明するものであり、詳しくは後述するが、光源ランプ11、楕円リフレクタ12、副反射鏡13、及び平行化凹レンズ14を備えている。
そして、光源ランプ11から放射された光束は、楕円リフレクタ12により装置前方側に収束された収束光として射出され、平行化凹レンズ14によって平行化され、均一照明光学系20に射出される。
均一照明光学系20は、光源ランプユニット10から射出された光束を複数の部分光束に分割し、照明領域の面内照度を均一化する光学系であり、第1レンズアレイ21、第2レンズアレイ22、PBSアレイ23、コンデンサレンズ24、及び反射ミラー25を備えている。
第1レンズアレイ21は、光源ランプ11から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸Xと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成され、各小レンズの輪郭形状は、後述する光学装置40を構成する液晶パネル42R、42G、42Bの画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。
第2レンズアレイ22は、前述した第1レンズアレイ21により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第1レンズアレイ21と同様に照明光軸Xに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えた構成であるが、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が液晶パネル42R、42G、42Bの画像形成領域の形状と対応している必要はない。
PBSアレイ23は、第1レンズアレイ21により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える偏光変換素子である。
このPBSアレイ23は、図示を略したが、照明光軸Xに対して傾斜配置される偏光分離膜及び反射ミラーを交互に配列した構成を具備する。偏光分離膜は、各部分光束に含まれるP偏光光束及びS偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射ミラーによって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸Xに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、PBSアレイ23の光束射出面に設けられる位相差板によって偏光変換され、すべての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このようなPBSアレイ23を用いることにより、光源ランプ11から射出される光束を、一方向の偏光光束に揃えることができるため、光学装置40で利用する光源光の利用率を向上することができる。
コンデンサレンズ24は、第1レンズアレイ21、第2レンズアレイ22、及びPBSアレイ23を経た複数の部分光束を集光して液晶パネル42R、42G、42Bの画像形成領域上に重畳させる光学素子である。このコンデンサレンズ24は、本例では光束透過領域の入射側端面が平面で射出側端面が球面の球面レンズであるが、射出側端面が双曲面状の非球面レンズを用いることも可能である。
このコンデンサレンズ24から射出された光束は、反射ミラー25で曲折されて色分離光学系30に射出される。
色分離光学系30は、2枚のダイクロイックミラー31、32と、反射ミラー33とを備え、ダイクロイックミラー31、32より均一照明光学系20から射出された複数の部分光束を、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の色光に分離する機能を具備する。
ダイクロイックミラー31、32は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子であり、光路前段に配置されるダイクロイックミラー31は、赤色光を透過し、その他の色光を反射するミラーである。光路後段に配置されるダイクロイックミラー32は、緑色光を反射し、青色光を透過するミラーである。
リレー光学系35は、入射側レンズ36と、リレーレンズ38と、反射ミラー37、39とを備え、色分離光学系30を構成するダイクロイックミラー32を透過した青色光を光学装置40まで導く機能を有している。尚、青色光の光路にこのようなリレー光学系35が設けられているのは、青色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。本例においては青色光の光路長が長いのでこのような構成とされているが赤色光の光路長を長くする構成も考えられる。
前述したダイクロイックミラー31により分離された赤色光は、反射ミラー33により曲折された後、フィールドレンズ41を介して光学装置40に供給される。また、ダイクロイックミラー32により分離された緑色光は、そのままフィールドレンズ41を介して光学装置40に供給される。さらに、青色光は、リレー光学系35を構成するレンズ36、38及び反射ミラー37、39により集光、曲折されてフィールドレンズ41を介して光学装置40に供給される。尚、光学装置40の各色光の光路前段に設けられるフィールドレンズ41は、第2レンズアレイ22から射出された各部分光束を、照明光軸Xに対して平行な光束に変換するために設けられている。
光学装置40は、入射した光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、照明対象となる光変調装置としての液晶パネル42(42R,42G,42B)と、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム43とを備えて構成される。尚、フィールドレンズ41及び各液晶パネル42R、42G、42Bの間には、入射側偏光板44が介在配置され、図示を略したが、各液晶パネル42R、42G、42B及びクロスダイクロイックプリズム43の間には、射出側偏光板が介在配置され、入射側偏光板44、液晶パネル42R、42G、42B、及び射出側偏光板によって入射する各色光の光変調が行われる。
液晶パネル42R、42G、42Bは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、入射側偏光板44から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。この液晶パネル42R、42G、42Bの変調を行う画像形成領域は、矩形状であり、その対角寸法は、例えば0.7インチである。
クロスダイクロイックプリズム43は、射出側偏光板から射出された各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム43は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、誘電体多層膜が形成されている。略X字状の一方の誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、3つの色光が合成される。
そして、クロスダイクロイックプリズム43から射出されたカラー画像は、投写光学系50によって拡大投写され、図示を略したスクリーン上で大画面画像を形成する。
図2は、光源ランプユニット10を斜め後方から示す図であり、図3および図4は、光源ランプユニット10の側断面図である。
光源ランプユニット10は、前述した光源ランプ11、楕円リフレクタ12、副反射鏡13、及び平行化凹レンズ14のほかに、平行化凹レンズを保持する保持部材16と、ランプハウジング15とを備えて構成されている。
発光管としての光源ランプ11は、中央部が球状に膨出した石英ガラス管から構成され、中央部分が発光部111、この発光部111の両側に延びる部分が封止部112とされている。
この光源ランプ11には、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプのいずれかが採用されており、当該ランプは、高輝度であるとともに、強い紫外線を含んで発光する。
発光部111の内部には、図3で示すように、内部に所定距離で離間配置される一対のタングステン製の電極113と、水銀、希ガス、及び少量のハロゲンが封入されている。
封止部112の内部には、発光部111の電極113と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔114が挿入され、封止部112はガラス材料等で封止されている。そして、この金属箔114に接続されたリード線115に電圧を印加すると、一対の電極113間でアーク放電が生じ、発光部111が発光する。
楕円リフレクタ12は、光源ランプ11の封止部112が挿通される首状部121及びこの首状部121から拡がる楕円曲面状の反射部122を備えた石英ガラス製の一体成形品である。
首状部121には、中央に挿入孔123が形成されており、この挿入孔123に封止部112が配置される。
反射部122の楕円曲面状のガラス面には、金属薄膜蒸着によって増反射膜である誘電体多層膜が成膜された反射面124(図3)が構成されている。なお、耐熱性の点で、この反射面124は、例えば、タンタル化合物とSiOの交互積層、又はハフニウム化合物とSiOの交互積層等から構成されるのが好ましい。
また、この反射面124は、可視光を反射して赤外線および紫外線を透過するコールドミラーが形成された仕様となっている。
光源ランプ11は、この反射部122の内部に配置され、発光部111内の電極113間の発光中心O(図3)が反射面124の楕円曲面の第1焦点F1位置となるように配置される。
そして、光源ランプ11を点灯すると、図3に示されるように、発光部111から放射された光束は反射面124で反射され、楕円曲面の第2焦点F2位置に収束する収束光となる。
この楕円リフレクタ12に光源ランプ11を固定する際には、光源ランプ11の封止部112を楕円リフレクタ12の挿入孔123に挿入し、発光部111内の電極113間の発光中心Oが反射面124の楕円曲面の焦点となるように配置し、挿入孔123内部にシリカ・アルミナを主成分とする無機系接着剤を充填する。
また、反射部122の光軸方向寸法は、光源ランプ11の長さ寸法よりも短くなっていて、前述のように楕円リフレクタ12に光源ランプ11を固定すると、光源ランプ11の光束射出前方側の封止部112が楕円リフレクタ12の光束射出開口から突出する。
副反射鏡13は、図3に示すように、光源ランプ11の発光部111の光束射出前方側略半分を覆う反射部材であり、副反射鏡13は、例えば低熱膨張材である石英又はネオセラムや、高熱伝導材である透光性アルミナ、サファイア、水晶、蛍石、YAG等を利用して製作される。
この副反射鏡13の反射面131は、発光部111の球面に倣う凹曲面状に形成され、楕円リフレクタ12の反射面124と同様に、増反射膜である誘電体多層膜が成膜されている。この反射面131も、可視光のみを反射させ、赤外線および紫外線を透過させるコールドミラーとなっている。
ここで、光源ランプ11から放射される光束について詳しく見てみると、図3に示されるように、発光部111の発光中心Oから放射された光束のうち、楕円リフレクタ12に向かった光束L1は、楕円リフレクタ12の反射面124によって反射され、第2焦点F2位置に向かって射出される。
また、発光部111の発光中心Oから楕円リフレクタ12とは反対側に放射される光束L2は、副反射鏡13の反射面131によって楕円リフレクタ12側に反射され、さらに楕円リフレクタ12の反射面124で反射されて楕円リフレクタ12から第2焦点F2位置に向かって収束するように射出される。
つまり、副反射鏡13が設けられていることによって、発光部111から楕円リフレクタ12とは反対側(前方側)に放射された光束を、光源ランプ11から楕円リフレクタ12の反射面124に直接入射した光束と同様に、楕円リフレクタ12の第2焦点F2位置に収束させることができる。
従来は副反射鏡13が設けられておらず、光源ランプ11から射出された光束を楕円リフレクタ12のみで第2焦点F2位置に収束しなければならず、楕円リフレクタ12の開口部を広げなければならなかった。
しかし、副反射鏡13を設けることによって、光源ランプ11から楕円リフレクタ12とは反対側(光束射出前方側)に射出された光束を副反射鏡13にて楕円リフレクタ12の反射面124に入射するように反射させることができるので、反射面124の楕円曲面すなわち反射部122が小さくても、発光部111から射出された光束をほとんどすべて一定位置に収束するように射出でき、楕円リフレクタ12の光軸方向寸法および開口径を小さくすることができる。したがって、光源ランプユニット10やプロジェクタ1を小型化でき、光源ランプユニット10をプロジェクタ1内に組込むレイアウトも容易になる。
また、副反射鏡13を設けることにより、第2焦点F2での集光スポット径を小さくするために楕円リフレクタ12の第1焦点F1と第2焦点F2を近づけたとしても、発光部111から放射された光のほとんど全てが楕円リフレクタ12および副反射鏡13により第2焦点に集光されて利用可能となり、光の利用効率を大幅に向上させることができる。
このことから、比較的低出力の光源ランプ11が採用可能となり、光源ランプ11および光源ランプユニット10の低温化を図ることも可能である。
ランプハウジング15は、断面L字状の合成樹脂製の一体成形品であり、水平部151及び垂直部152を備えている。
水平部151は、光学部品用筐体2の壁部と係合し、光源ランプユニット10を光学部品用筐体2内に隠蔽して光漏れが出ないようにする部分である。また、図示を省略したが、この水平部151には、光源ランプ11を外部電源と電気的に接続するための端子台が設けられており、この端子台には、光源ランプ11に接続されたリード線115が接続される。
垂直部152は、楕円リフレクタ12の光軸方向の位置決めを行う部分であり、この垂直部152に対して楕円リフレクタ12の光束射出開口側先端部分が機械的な押圧や接着剤等で固定される。この垂直部152には、楕円リフレクタ12の光束射出開口端縁に沿って開口部153が形成されている。
また、このような水平部151及び垂直部152には、突起および凹部が形成されており、これらの突起・凹部が光学部品用筐体2内に形成された凹部・突起とそれぞれ係合することにより、光源ランプ11の発光中心Oが光学部品用筐体2の照明光軸X上に配置される。
平行化凹レンズ14は、光源ランプ11から放射された光束を平行化するためのものであり、図3に示すように、光束入射面141が非球面、例えば双曲面の凹面となっており、光束射出面142が平面となっている。この平行化凹レンズ14の光束透過方向に沿った厚さ寸法のうち、最も薄い部分、すなわち、凹面の最も光束射出面142側に窪んだ部分と、光束射出面142との間の寸法は、2mm以上、例えば3mmとなっている。
このような平行化凹レンズ14の光束入射面141には、反射防止膜(ARコート・Anti Reflection Coating)が施されている。このようにすることで、光の利用効率を向上させることができる。さらに、平行化凹レンズ14の光束射出面142には、紫外線カット膜が形成されている。この紫外線カット膜は、紫外線を反射させることにより、紫外線の透過を防止するものであり、これにより、光源ランプユニット10から紫外線が射出されることを防止することができる。
保持部材16は、楕円リフレクタ12の光束射出開口に応じた円筒形状であって、楕円リフレクタ12とは反対側から垂直部152に接着固定され、平行化凹レンズ14の外周端部を保持するものである。
この保持部材16は、外側に設けられた保持部材本体163と、その内側に設けられた吸収部材164との二重構造となっている。
この外側の保持部材本体163は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)やベクトラ(LCP)等の合成樹脂射出成形品であり、一体成形された筒部161および保持部162で構成されている。筒部161は、内部に光源ランプ11を覆っている。保持部162は、この筒部161の光束射出側端面を塞ぐように設けられ、平行化凹レンズ14が嵌め込まれる開口162Aが形成されている。
上述のように、光源ランプ11の封止部112が楕円リフレクタ12から光束射出前方に突出しており、突出した封止部112が保持部材16に覆われている。
内側の吸収部材164は、保持部材本体163に対する光源ランプ11からの光を遮光し、かつ、反射率が低く光吸収可能な各種の部材から構成できる。遮光特性を有しながら反射率を低く抑えるには、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、銅、これらの合金等の金属板を基板として、内面側の表面に黒アルマイト処理を施したり、腐食加工、エッチングなどによって表面を荒らしたりすることができる。
なお、アルミニウムの無垢基板の反射率は約80%であるが、この黒アルマイト処理によって反射率が約20%以下に抑えられ、吸収部材164に入射した光束が確実に吸収・遮光される。
このような吸収部材164の黒アルマイト処理に基く耐食性および光吸収作用により、保持部材本体163が保護され、熱劣化や、シロキサン等の有害なガスの発生を防止できる。
また、吸収部材164により保持部材16全体としての耐熱性が確保できるので、保持部材本体163の材料の選択肢が広がり、軽量化や低コスト化、成形の容易化に応じることができる。
ところで、上述のように、楕円リフレクタ12および副反射鏡13に反射され、第2焦点F2位置に収束するのは、光源ランプ11の光源光のうち、可視光線についてであって、光源光に含まれる赤外線および紫外線については可視光線の場合と相違する。
つまり、図4に示すように、光源ランプ11から楕円リフレクタ12に射出された赤外線IR1および紫外線UV1は、反射部122から楕円リフレクタ12の基材を突き抜け、光源ランプユニット10の外部に射出する。これにより、楕円リフレクタ12の反射部122の裏側に熱が逃げ、光源ランプ11を熱線である赤外線、および紫外線から保護できる。なお、楕円リフレクタ12を突き抜けた赤外線IR1および紫外線UV1は、光源ランプユニットを覆っている光学部品用筐体2によって遮光され外部へ漏出しない。
一方、光源ランプ11から副反射鏡13側に射出された赤外線IR2、IR3は、副反射鏡13を突き抜けるが、その射出方向は保持部材16によって覆われており、光源ランプユニット10の外部には漏出しない。
このように、保持部材16によって遮光された赤外線IR2,IR3は、保持部材16内側に設けられている吸収部材164によって大部分が吸収され、照り返しを十分に低減できる。
ここで、発光部111から射出される光について説明する。一般的に知られているように、光源ランプ11内の一対の電極113の間に生じたアークからは、電極113間の中心点から電極113の軸方向に直交する方向に広がる軸対称の配光分布を有する光が射出されている。この配光分布は、電極113の間に生じたアーク中心から、電極113の軸方向に直交する方向に射出される光のエネルギーが大きく、電極113の軸方向に対して平行な方向に傾くにつれて射出される光のエネルギーは小さくなるのが一般的である。
従って、この配光分布により、副反射鏡13を透過して吸収部材164に吸収される赤外線においても、赤外線IR2のほうが赤外線IR3に比べると光エネルギーが大きくなる。すなわち、赤外線IR2を吸収部材164で熱吸収することにより、強い光エネルギーを有する赤外線IR2による封止部112の過熱を防げるので、封止部112での温度上昇を大幅に抑制でき低温化の効果が高い。
また、図4に示されるように、副反射鏡13を透過した赤外線IR3が、最初に入射した保持部162部分の吸収部材164で十分に吸収しきれず、残りの光が筒部161に向かって反射されたとしても、筒部161部分の吸収部材164で十分に吸収できる。したがって、発熱部である発光部111近辺への照り返しをほとんど無くせるので、発光部111もまた低温化できる。
上述したように光源ランプ11が満遍なく低温化されるので、ランプ寿命を延ばせる。
なお、副反射鏡13は、紫外線をも透過する仕様であり、紫外線UV2,UV3も赤外線IR2,IR3と略同様に副反射鏡13を透過し、吸収部材164によって吸収されるため、光源ランプ11の過熱の問題を解決できる。本実施形態の光源ランプ11からは紫外線が多く射出されているが、上述した赤外線と同様に吸収部材164によって熱吸収されるため、光源ランプ11の低温化の効果を高くできる。
一方、冷却機構におけるファン送風によって、光源ランプユニット10の強制冷却を図る場合は、保持部材16の筒部161の一方の側面に吸気口90を、他方の側面の吸気口90に対応した位置に排気口95を、保持部材本体163および吸収部材164を矩形状に切り欠いて形成する。しかし、上述したように、光源ランプ11ないし光源ランプユニット10は十分に低温化されているので、光源ランプユニット10の外側から吸気口90を介して単純に冷却空気を吹き付け排気口95へと排気させるだけで光源ランプ11の低温化の一助となり、騒音化することもない。
なお、吸気口90と排気口95には、光源ランプ11の破裂時にランプの破片が飛散しないようにメッシュ(図示しない)が備えられている。
以上まとめると、吸収部材164での光吸収に応じて、すなわち光反射率に応じて、光源ランプ11の温度上昇を抑制し低温化できる。吸収部材164の光反射率は、光源ランプ11の種類や出力等、あるいは楕円リフレクタ12の形状等に応じて、適宜設定すればよい。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、説明を省略もしくは簡略化する。
第1実施形態では、吸収部材164による光の吸収によって、光源ランプ11が低温化されていた。
第2実施形態では、さらに、ファン送風によって光源ランプユニット10に外部空気が導入されており、この外部空気によっても光源ランプ11が低温化されている。以下、具体的に説明する。
図5は、本実施形態に係るプロジェクタ1の構造を模式的に示す平面図である。
本実施形態は、前記実施形態では説明を省略した冷却機構の構成に特徴があり、プロジェクタ1は、筐体Rの内部に発生する熱を外部へと放出する冷却ユニット60を備えて構成されている。
プロジェクタ1の筐体Rは、前面に、プロジェクタ1内の空気を排出するための排気口2B,2Cが形成されている。また、底面には、光学装置40に対応する位置に、外部から冷却空気を吸入するための図示しない吸気口が形成されている。
冷却ユニット60は、プロジェクタ1内の流路に冷却空気を取り込んで、この取り込んだ冷却空気にプロジェクタ1内で発生した熱を吸収させ、この温められた冷却空気を外部へと排出することにより、プロジェクタ1内を冷却するものである。この冷却ユニット60は、軸流吸気ファン61と、シロッコファン62と、軸流排気ファン63とを備える。
シロッコファン62は、光源ランプユニット80の側方に沿って、光束射出前方側から光源ランプユニット80とはす向かいに配置されている。
このシロッコファン62は、具体的な図示を省略したが、内部に駆動モータ、この駆動モータに軸支される回転翼としてあおり前屈する多翼部材、およびこれを収納するケーシングを備える遠心式ファンであり、回転面に応じた位置に吸気口621(図6)が形成され、回転面の外周部分には吐出口622(図6)が形成されている。
そして、吸気口621から吸入した冷却空気は、前屈多翼部材でかき回され、遠心力によって外側方向に拡がるように、吐出口622から吹き出される。
軸流排気ファン63は、筐体Rの前面に形成された排気口2Cと、外部から供給された電力を光源ランプユニット80や光学装置40、冷却ユニット60等に供給する電源ユニット(図示省略)との間に配置されている。
まず、プロジェクタ1に設けられた空冷式・BR>フ冷却機構の構成について説明する。プロジェクタ1は、図5に示すように、主に光学装置40(図1)を冷却する光学装置冷却系Aと、主に光源ランプユニット10を冷却する光源冷却系Bと、主に電源ユニット(図示省略)を冷却する電源冷却系Cとを備える。
光学装置冷却系Aは、筐体Rの下面に形成される図示しない吸気口と、この吸気口の上方に配置される軸流吸気ファン61と、光学部品用筐体2の底面において軸流吸気ファン61の上方に形成される開口部2Dとを備える。
プロジェクタ1の外部の新鮮な冷却空気は、軸流吸気ファン61により、筐体Rの吸気口から吸入され、開口部2Dを介して、光学部品用筐体2内に入り込む。この際、図示を省略するが、光学部品用筐体2の下面には、整流板が設けられており、これにより、光学部品用筐体2外部の冷却空気は、下から上へと流れるように整流されている。
図5の矢印で示すように、光学部品用筐体2内に導かれた冷却空気は、整流された結果、光学装置40の下方から上方へと流れ、液晶パネル42R,42G、42Bの表裏面側を通り、光学装置40の上方へと流れる。
光源冷却系Bは、図5に示すように、シロッコファン62と、ダクト62Aと、排気口2Bとを備える。この光源冷却系Bにおいて、光学装置冷却系Aを通過した冷却空気は、シロッコファン62によって吸引され、光源ランプユニット80内に入り込んで光源ランプ11を冷却した後に、光学部品用筐体2から出て光学系20〜35の下方に配置されたダクト62Aを通り、排気口2Bから外部へと排出される。
なお、光源ランプユニット80の冷却機構についてはこの後詳述する。
電源冷却系Cは、電源ユニットの近傍に設けられた軸流排気ファン63と、排気口2Cとを備える。この電源冷却系Cにおいて、高温空気は、軸流排気ファン63によって吸引され、排気口2Cから排出される。この際、プロジェクタ1内全体の空気も同時に排出しており、プロジェクタ1内に熱がこもらないようになっている。
次に、光源ランプユニット80の冷却機構について説明する。
図6は、光源ランプユニット80の側面の一部を切り欠いて示す図であり、図7は、光源ランプユニット80を上方から見た図である。
光源ランプユニット80は保持部材86を備え、この保持部材86の筒部861の一方の側面には、保持部材本体863および吸収部材864が矩形状に切り欠かれて吸気口90が形成され、他方の側面には、吸気口90に応じた位置に排気口95が形成されている。そして、吸気口90とシロッコファン62の吐出口622との位置関係は、光源ランプユニット80の光軸にほぼ平行な直線上に揃えられており、ダクト100によって吸気口90とシロッコファン62の吐出口622とが接続されている。また、排気口95は、光学系20〜35下方のダクト62Aに接続されている(図5)。
ダクト100は、箱状の合成樹脂射出成形品であり、互いに直交する2つの面に冷却空気の流路となる開口101,102がそれぞれ形成されている。このダクト100は、吸気口90に沿って設けられており、一方の開口101が吸気口90に対応するとともに、他方の開口102は、シロッコファン62の吐出口622に対応している。
吸気口90の位置には、複数の羽根部材911を有するルーバ91が形成されている。
このルーバ91の各羽根部材911は、吸気口90の開口面に対して傾斜配置されており、吸気口90から吹き込まれた外部の空気を発光部111ないし反射部122側の封止部112に向けて整流し、冷却の効率化を図っている。
ここで、これらの各羽根部材911は、吸収部材864のプレス切り起こし加工によって、吸収部材864と一体形成された切り起こし片となっており、冷却空気がルーバ91を通過する際に、羽根部材911が冷却されると同時に、光の吸収熱で過熱しやすい吸収部材864も冷却される。
しかも、各羽根部材911は吸収部材864と同材料で形成されているから、ルーバ91の部分でも光吸収による遮光が可能となる。
具体的な冷却空気の流れは、図7に示されるように、シロッコファン62の回転によって、光学装置40周辺の冷却空気が吸気口621から吸入され、吐出口622からダクト100内に吹き出される。そして、ダクト100に入った冷却空気は、光源ランプユニット80の吸気口90から、羽根部材911に沿って、発光部111ないし反射部122側の封止部112に向かって吹き付けられ、排気口95から排出された空気はダクト62A(図5)を通じて外部に排出される。
このようにシロッコファン62からダクト100を介して吸気口90に導入された冷却空気は、主に発光部111ないし反射部122側の封止部112に向かって吹き付けられる。このような向きで冷却空気が吹き付けられるのは、前記実施形態で詳述したように、吸収部材164(本実施形態では吸収部材864)の光吸収により、特に楕円リフレクタ12から突出する封止部112の突端部分で温度上昇が抑制され十分に低温化されることに基いている。
上述のように吸気口90から導入した冷却空気は、羽根部材911の傾きを発光部111に向かうように設定し、この冷却空気を発光部111ないし反射部122側の封止部112に向けて流すことにより、光源ランプ11全体を満遍なく、一層効果的に低温化できる。
さらに、冷却空気がルーバ91を通過する際に、吸収部材864の光吸収熱が冷却空気によって吸収され、このように冷却された吸収部材864によって、光源ランプ11から照射された光を十分に吸収できるので、光源ランプ11の一層の低温化、ひいては、光源ランプユニット10全体の低温化を図ることができる。
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
第2実施形態では、光源ランプユニット80の吸気口90とシロッコファン62の吐出口622とを接続するダクト100は、光源ランプユニット80の光軸にほぼ平行な直線上に沿って設けられていたが、本実施形態では、ダクト180の形状および取り付けられる向きが相違する。以下、具体的に説明する。
図8は、本実施形態に係る光源ランプユニット170の側面図である。
光源ランプユニット170の吸気口90と、シロッコファン62の吐出口622との位置関係は、光源ランプユニット170の光軸に平行な直線上に揃えられていない。光源ランプユニット170の吸気口90は、シロッコファン62から吹き出される空気の拡がりに応じた位置に(ここでは、吐出口622よりも上方に)配置されている。
また、前記実施形態と同様に、シロッコファン62が光源ランプユニット170の側方に沿って、光束射出前方側から光源ランプユニット170とはす向かいに配置されていることから、吐出口622からダクト180を介して吹き出す冷却空気の流路を延長すると、筒部861の上方に対応する吸収部材864の内周面に沿うことになる。
このような光源ランプユニット170とシロッコファン62との位置関係があることから、ダクト180は、吐出口622および吸気口90との間に斜めに設けられている。
そのため、回転による遠心力を伴ってシロッコファン62から吹き出す空気が一方の開口181からダクト180内に滑らかに流入するとともに、ダクト180の他方の開口182から吸気口90を介し、吸収部材864の筒部861の内周面に沿ってよどみなく流れることになる。
つまり、ダクト両端である開口181,182での風量損失および風圧損失が抑制され、シロッコファン62から吸収部材864の内周面まで、空気が勢い良く吹き付けられる。この吸収部材864の内周面に沿って吹き込まれる冷却空気は、吸収部材864の上方(図8中のY方向)に沿った方向を含んで吹き込まれるので、上方に滞留しがちな高温空気が冷却空気によって一掃され、冷却空気は楕円リフレクタ12内を上方から下方へ、さらに筒部861の下方から上方へ、また上方から下方へと廻るように流れながら、排気口95(図6参照)から光源ランプユニット170外部へと排出される。
なお、吸気口90にあるルーバ91の整流方向をX方向とすると、吸収部材864の内周面はY方向にほぼ沿っているため、筒部861の内周面沿いに廻る空気の流れがルーバ91によって妨げられることはない。
したがって、冷却空気が吸収部材864の内周面に風量十分にあたることになり、光源ランプ11から放射された光の吸収による吸収部材864の温度上昇を考慮しても、吸収部材864は十分に冷却される。
すなわち、このように冷却された吸収部材864によって、光源ランプ11から照射された光を十分に吸収できるので、光源ランプ11の一層の温度上昇を抑制し低温化に寄与できる。
本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記各実施形態では、発光管として、メタルハライドランプ、高圧ないし超高圧水銀ランプが採用されていたが、これらの代わりにハロゲンランプ、キセノンランプ等も採用することができ、このような発光管についても、本発明によって十分低温化することができる。
吸収部材については、前記各実施形態で採用した黒アルマイト加工に限らず、例えば、腐食加工、エッチング等で表面を荒らすことによって、反射防止・光吸収する構成としても構わない。
また、吸収部材は、金属製に限らず、セラミックス等も採用できる。
さらに、吸収部材が配設される範囲については、前記各実施形態のように保持部材本体163の全体でなくても、副反射鏡を透過して光束が射出する一定範囲に配設することによって、全体に配設した場合とほぼ同様に、光源ランプの低温化を図ることができる。
なお、保持部材によって、楕円リフレクタの光束射出前方を密閉してもよい。
前記実施形態では、光源ランプユニット10に平行化凹レンズ14を備える構成を説明したが、それに限られず、例えばガラス部材等の透明部材を採用できる。
前記各実施形態では、光源ランプユニット10の冷却用にシロッコファン62が採用されていたが、代わりに軸流ファンを採用しても良い。この場合、軸流ファンから空気が吹き出す回転軸方向に応じた向きおよび形状に、ダクトおよび光源装置の吸気口を設けることが好ましい。
前記実施形態では、3つの液晶パネル42R,42G,42Bを用いたプロジェクタ1の例のみを挙げたが、本発明は、1つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、2つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、あるいは、4つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。
前記実施形態では、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネルを用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
前記実施形態では、光変調装置として液晶パネルを用いていたが、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。この場合は、光束入射側および光束射出側の偏光板は省略できる。
前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行うフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
前記実施形態では、プロジェクタに本発明の光源装置を採用していたが、本発明はこれに限らず、他の光学機器に本発明の光源装置を適用してもよい。
その他、本発明の実施に際して、具体的な構造及び形状等については、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等とすることができる。
本発明の光源装置は、プロジェクタに利用できる他、その他の光学機器、光学電子機器、照明系などにも利用することができる。
本発明の第1実施形態に係るプロジェクタの内部構造を模式的に示す平面図。 前記実施形態における光源ランプユニットを示す斜視図。 前記実施形態における光源ランプユニットを示す側断面図。 前記実施形態における光源ランプユニットを示す側断面図。 本発明の第2実施形態に係るプロジェクタの構造を模式的に示す平面図。 前記実施形態における光源ランプユニットを示す斜視図。 前記実施形態における光源ランプユニットを上方から見た断面図。 本発明の第3実施形態における光源ランプユニットを示す側面図。
符号の説明
1…プロジェクタ、10,170…光源ランプユニット(光源装置)、11…光源ランプ(発光管)、12…楕円リフレクタ、13…副反射鏡、14…平行化凹レンズ(透明部材)、16,86…保持部材、62…シロッコファン、80…光源ランプユニット、90…吸気口、91…ルーバ、95…排気口、100,180…ダクト、111…発光部、112…封止部、113…電極,161,861…筒部、163…保持部材本体、164,864…吸収部材、911…羽根部材。

Claims (7)

  1. 電極間で放電発光が行われる発光部、及びこの発光部の両側に設けられる封止部を有する発光管と、略楕円面状の反射面を有し前記発光管から放射された光束を一定位置に収束して射出する楕円リフレクタと、反射面がこの楕円リフレクタの反射面と対向配置されるとともに、前記発光管の前記発光部の光束射出前方を覆って前記発光管から放射された光束を前記楕円リフレクタに反射する副反射鏡と、前記楕円リフレクタの光束射出前方に設けられ、光束を透過させる透明部材とを備える光源装置であって、
    前記楕円リフレクタの光束射出前方端部に設けられ、前記透明部材の外周端部を保持する保持部材を備え、
    前記楕円リフレクタの反射部の光軸方向寸法は、前記発光管の前記光軸方向寸法より短く、前記封止部のうち前記光束射出前方側の封止部が前記楕円リフレクタから突出しており、
    前記副反射鏡は、可視光を反射し、赤外線及び紫外線を透過させ、
    前記保持部材は、前記光束射出前方側の前記楕円リフレクタから突出する前記封止部を覆うように対向配置され、その側面に空気を導入する吸気口および前記空気を排出する排気口が形成されており、
    前記保持部材は、前記副反射鏡を透過した赤外線及び紫外線を吸収する吸収部材が内側に配設された二重構造とされていることを特徴とする光源装置。
  2. 請求項1に記載の光源装置において、
    前記吸気口に空気を供給するファンを有するとともに、
    前記吸気口には導入された空気を整流する複数の羽根部材を有するルーバが設けられていることを特徴とする光源装置。
  3. 請求項2に記載の光源装置において、
    前記吸収部材は、略円筒形の筒部を含んで形成され、
    前記ファンから送風される空気流は、前記吸収部材の内周面に沿った向きで前記保持部材の前記吸気口に導入され、前記吸気口から導入された空気流は、前記楕円リフレクタおよび/または前記吸収部材の内周面に沿って廻るように流れることを特徴とする光源装置。
  4. 請求項2または請求項3に記載の光源装置において、
    前記ファンは、空気流を吐出する吐出口を備え、
    前記保持部材の前記吸気口と前記ファンの前記吐出口とがダクトにより接続されていることを特徴とする光源装置。
  5. 請求項2から請求項4のいずれかに記載の光源装置において、
    前記羽根部材は、前記吸気口の開口面に対し、該吸気口から前記発光部に向かって傾斜するように配置されていることを特徴とする光源装置。
  6. 請求項2から請求項5のいずれかに記載の光源装置において、
    前記羽根部材は、前記吸収部材を切り起こした切り起こし片として、前記吸収部材と一体に形成されていることを特徴とする光源装置。
  7. 光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、拡大投写するプロジェクタであって、
    請求項1から請求項のいずれかに記載の光源装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。
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