CN101059236A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光源装置(10)，其具备发光管(1)和反射镜(2)，其特征在于，玻璃罩(4)设有空隙(S)地以两端外插固定在反射镜(2)的后方。根据如此的构成，即使万一发光管破裂，裂纹扩展到反射镜，玻璃罩也能够防止反射镜的碎片飞散。从而，在带有反射镜的高压放电灯中，即使在高压放电灯不慎破裂时，也能防止反射镜的部件向周围飞散。

Description

光源装置

技术领域

本发明涉及适合用于投影仪的光源等用途的带有反射镜的高压放电灯。

背景技术

近年的放电灯，为得到高亮度，将点灯过程中的发光管内部的蒸汽压达到200大气压以上。因此，如果因某种原因而导致发光管内部的温度增高，发光管的内压就会增高，容易破裂。在此种高压放电灯中，一般具备通常称为反射镜的凹面状的反射镜(以下，在本说明书中，称为“反射镜(reflector)”。)。该反射镜的部件一般采用“硼硅酸盐玻璃”。

在将如此的带有反射镜的高压放电灯安装在液晶投影仪或投影电视等设备上使用时，如果一旦高压放电灯破裂，发光管的碎片就会冲撞反射镜，有发生裂纹(裂缝)或豁口，或反射镜的碎片损伤设备部件的顾虑。

因此，已知有，对反射镜的外表面实施耐热性有机系覆膜，使得即使灯破裂，也不在反射镜发生裂纹或豁口的投影装置用光源(专利文献1)。

此外，已知有，作为不易产生裂纹的反射镜的材质，通过采用耐热性及机械强度优越的结晶化玻璃，即使在高压放电灯不慎破裂的情况下，也能够将损害抑制在最小限度的方法(专利文献2)。

此外，已知有，通过在反射镜基材中配置金属材料，防止在高压放电灯破裂时破坏反射镜的方法(专利文献3)。

专利文献1：特开2000-47327号公报

专利文献2：特公平7-92527号公报

专利文献3：特开2004-354425号公报

如上述的专利文献1记载，即使实施耐热性有机覆膜，在作为耐热性有机覆膜采用氟系树脂时，由于只耐热260℃左右，所以灯的额定功率的界限最大为200W左右。另外，如果作为耐热性有机覆膜采用聚酰亚胺系覆膜，耐热性可提高到400℃左右，但是耐热性有机系树脂价格高，有导致制造成本偏高的顾虑。

如专利文献2记载，在采用结晶化玻璃时，由于结晶化玻璃与硼硅酸盐玻璃相比，内表面精度差，所以损害亮度方面。此外，与廉价的硼硅酸盐玻璃相比，由于一般结晶化玻璃价格高，所以有增加制造成本的顾虑。

如专利文献3记载，在采用金属材料时，向反射镜基材的后方透射的红外线被再次向前方射出，不仅损伤光学单元的树脂部，而且还损伤光学零件(透镜、鱼眼透镜(fry eye)、光导管(light pipe)等)。

发明内容

本发明是鉴于以上的事实而提出的，其目的在于，在带有反射镜的高压放电灯中，即使在高压放电灯不慎破裂的情况下，也防止反射镜的部件向周围飞散。

本发明的光源装置10，其具备发光管1和反射镜2，其特征在于，玻璃罩4设有空隙S地以两端外插固定在反射镜2的后方。

根据如此的构成，即使发光灯不慎破裂而导致反射镜产生裂纹，玻璃罩也能防止反射镜的碎片飞散。

此时，优选，减薄反射镜2的厚度，减小内表面和外表面的温度差。以往，在不具备玻璃罩的时候，为了提高反射镜2的强度，需要加厚反射镜，但如此一来，内表面侧即发光管侧、和外表面侧的温度差加大，因此导致反而容易发生裂纹的状态。可是，通过设置玻璃罩4，由于可确保耐热性和机械强度，结果能够减薄反射镜2的厚度。在反射镜采用硼硅酸盐玻璃时，即使是高压放电灯的额定功率为300W时，也能够将厚度设定在例如3.5mm以下。

另外，也可以在所述玻璃罩4的内表面具备选择地反射可见光的反射膜。此处，所谓“有选择地反射可见光”，是指不反射红外光等可见光以外的光，实质上只反射可见光。通过在反射镜的内表面侧的表面设置多层膜，能够容易实现此构成。另外，所谓“可见光”，指的是波长大致在380nm至780nm的光，所谓“红外光”，指的是波长大致在780nm以上的光。

此时，优选配置如下：在反射镜2为椭圆反射镜时，玻璃罩4也形成椭圆反射镜，两者的第一焦点f1、F1与发光管1的发光点P一致，并且由反射镜2及玻璃罩4聚光的点也与第二焦点f2、F2一致。或者，优选配置如下：在反射镜2为抛物面反射镜时，玻璃罩4的表面也形成抛物面，两者的第一焦点f3、F3与发光管1的发光点P一致。

根据如此的构成，由于用玻璃罩4反射未被反射镜2反射而透过的光，再次聚光在反射镜的第二焦点上，所以可以说能够利用以前浪费的光，可提高光的利用效率。

根据本发明，即使发光管不慎破裂，其碎片撞击反射镜，也难在反射镜产生裂纹或豁口。即使裂纹不慎向反射镜扩展，通过设置玻璃罩，其碎片也难飞散，不会损坏设备。

此外，通过设置反射膜，并且调整其安装位置，能够提高光的利用效率。

附图说明

图1(a)表示根据本发明的一例光源装置10的主视图。

图1(b)是该光源装置10的左视图。

图2(a)是图1(a)中的A-A线剖视图，图2(b)是表示反射镜2和玻璃罩4的位置关系的放大剖视图。

图3(a)表示用于根据本实施方式的光源装置的反射镜2的立体图，图3(b)是在反射镜2的剖视图上标记x-y坐标轴的图示。

图4(a)是从前面侧看玻璃罩4的主视图，图4(b)是玻璃罩4的左视图，图4(c)是在玻璃罩4的剖视图(即，图4(a)中的A-A线剖视图)上标记x-y坐标轴的图示。

图5是将反射镜2和玻璃罩4的椭圆曲线重合的图示。

图6表示将焦点一致地设置的反射镜2和玻璃罩4的位置关系。

图中：1-发光管，2-反射镜，3a-导线，3b-触发丝，4-玻璃罩，5-灯座，6-粘合剂，7-电线，8a、8b-粘合剂，9(9a、9b、9c)-突起部，10-光源装置，11-电极，12-发光部，13-密封部，O-原点，P-发光点，f1、F1-椭圆曲线的第一焦点，f2、F2-椭圆曲线的第二焦点，f3、F3-抛物线的焦点。

具体实施方式

(实施方式1)

图1(a)表示根据本发明的一例光源装置10的主视图。该光源装置10，具备发光管1和反射镜2。发光管1，在其内部封入0.2[mg/mm³]以上的水银，在中央部配置一对电极。此外，具备导线3a和触发丝3b。如果向发光管1的电极施加规定的电力，开始放电，就发光。另外，本实施方式中所示的高压放电灯的发光管1是直流方式，但也可以是交流方式。

关于反射镜2的材质，能够采用廉价的硼硅酸盐玻璃(也可以采用结晶化玻璃，但价格高)。已知，如果硼硅酸盐玻璃内表面和外表面的温度差不在180℃以内，会发生热应力，产生应变裂纹。实现温度差180℃以内的厚度大约为3.5mm(即，在3.6mm时，可以说超过规格10℃左右)。该意思是，需要设定在反射镜2的热应力不导致应变裂纹的厚度(3.5mm以下)。而且，下限值，从玻璃成形上考虑，最低需要在1.8mm左右。总之，只要是不由于热应力形成的应变而导致断裂的程度的厚度就可以。

反射镜2在内表面侧的表面上设置多层膜，具有作为反射膜的功能。由此，大约反射从发光管1发出的光中的可见光中的95％至98％，透射大约95％的红外光。另外，该百分比，不是将发出的所有光设定为100％，而是在各个区域为100％的意思(在以下的实施方式中也同样)。如此，有时反射镜的内表面成为凹面反射镜，其曲面根据用途成为旋转椭圆面，有时成为旋转抛物面，但在本实施方式中，不特别限定。

图1(b)是该光源装置10的左视图。此外，图2(a)是图1(a)中的A-A线剖视图。如这些图所示，在本发明的光源装置10的反射镜2的后方，外插固定称为“玻璃罩4”的部件。此外，发光管1由对置设置有一对电极11的发光部12和密封部13构成。

玻璃罩4只要是能加工成反射形状的硬质玻璃，其材质不特别限定。发光管1，由灯座5支持，被反射镜2及玻璃罩4覆盖。利用粘合剂6将发光管1和灯座5接合在反射镜2上，通过电线7及导线3a向发光管1供给电力。

图2(b)是表示反射镜2和玻璃罩4的位置关系的放大剖视图。如该图所示，玻璃罩4，并不是与反射镜2完全密合，而是基于两者的曲率的差异，设置微小的空隙。即使因发光管破裂而对反射镜2产生大的机械冲击，也被该空隙S缓冲，冲击传不到玻璃罩4。

反射镜2和玻璃罩4的固定机构不特别限定，例如可以用耐热性的无机粘合剂等固定。

图2(b)中的8a、8b表示耐热性的无机粘合剂。但是，如上所述，由于空隙S是缓冲空间，所以不优选在空隙S的部分涂布粘合剂。此外，为了反射镜2和玻璃罩4的定位，在反射镜2的背面，在等间隔地设置3处定位用的突起部9(9a、9b、9c)。该突起部9，在本实施方式中不是必须的构成，但在后述的第二或第3实施方式中，在简单确定反射镜2和玻璃罩4的位置关系的方面，是重要的构成。另外，定位用的突起部的形状也不局限于此，也可以是其它的方式，例如遍及全周地形成的方式。在本实施方式中，由于不需要将玻璃罩用作二次反射镜，所以设置突起部9的必要性比较小。

(第二实施方式)

在该实施方式及第3实施方式中，说明用将玻璃罩作为二次反射镜、即在反射镜的后方散射的光用玻璃罩4的表面反射而再次聚光的方式进行说明。在第二或第3实施方式中，在玻璃罩4的表面上设置多层膜，用于有选择地反射可见光，而使红外光透射。该多层膜作为反射膜发挥功能。

图3(a)表示适用于本实施方式的光源装置的反射镜2的立体图。出现图2(b)中所示的突起部9a、9b(9c位于背面侧，在该图中未出现。)。通过突起部9而在反射镜2的后方安装了玻璃罩时，能够使两者的中心轴(光轴)可靠地一致。在将玻璃罩4用作二次反射镜的情况下，由于与反射镜的位置关系很重要，所以如果具有如此的定位用突起部9，能够高精度、短时间组装。

在第二实施方式中，说明了反射镜的凹面反射镜为旋转椭圆面时(即反射镜为“椭圆反射镜”的实施方式)的情况。此时，玻璃罩的内表面也设定为旋转椭圆面，反射镜和玻璃罩的形状及位置关系设定如下。

1.反射镜的形状

首先，说明反射镜2的形状。

图3(b)是在反射镜2的剖视图上标记x-y坐标轴的图示。以光轴与x轴一致的方式设定坐标轴。反射镜2的内表面侧的曲面的在光轴方向切断的剖面是呈椭圆曲线的旋转椭圆面。

如果将该椭圆的第一焦点设为f1，将第二焦点设为f2，该椭圆曲线C1中，x截距为36mm、y截距为22.6274mm。即，该椭圆曲线C1，由下面的椭圆曲线的式1表示。

[数学式1]

$\frac{x^2}{{a1}^2}+\frac{y^2}{{b1}^2}=1$

此时，两个焦点的坐标，表示为f1(-28.0，0)、f2(28.0，0)。另外，确定发光管1和反射镜2的位置关系，使得发光管1的最亮的点P(将其称为“发光点”。)与第一焦点一致。

此时，由于由具有椭圆曲面的一部分的反射镜2反射的光，被聚光在第二焦点(f2)，所以此处，以设置彩色转盘(color wheel)等光学装置的方式设计。

2.玻璃罩的形状及位置关系

其次，对玻璃罩的形状和其位置关系进行说明。

图4(a)是从前面侧观察玻璃罩4的主视图，图4(b)是玻璃罩4的左侧图。如上所述，玻璃罩4，设在反射镜2的后方，但是以玻璃罩的前面端面与设在反射镜2上的定位用的突起部9a、9b、9c相接的方式固定。

图4(c)是在玻璃罩4的剖视图(即，图4(a)中的A-A线剖视图)上标记x-y坐标轴的图示。如图3(b)所示，在反射镜2是在光轴方向上切断的剖面为椭圆曲线的旋转椭圆面的情况下，玻璃罩4的内表面侧的曲面也是在光轴方向上切断的剖面为椭圆曲线的旋转椭圆面。此外，光轴(x轴)与反射镜2一致地设置。

如果将该椭圆的第一焦点设为f1，将第二焦点设为F2，该椭圆曲线C1中，x截距为38.5mm、y截距为26.4mm。即，该椭圆曲线C2，由下面的椭圆曲线的数学式2表示。

[数学式2]

$\frac{x^2}{{a_2}^2}+\frac{y^2}{{b_2}^2}=1$

此时，两个焦点的坐标，表示为F1(-28.0，0)、F2(28.0，0)。另外，发光管1的最亮的点P(将其称为“发光点”。)与第一焦点一致地，确定发光管1和玻璃罩4的位置关系。此时，以玻璃罩4反射的光聚光在第二焦点F2的方式构成。

图5是重合反射镜2和玻璃罩4的椭圆曲线的图示(为了便于说明，省略反射镜的外形形状)。如果按如此的位置关系设置玻璃罩4，未被反射镜2反射而透射的光，被玻璃罩4反射，聚光在该第二焦点F2上。这表示，只要将反射镜2规定为“一次反射镜”，就可将玻璃罩4用作“二次反射镜”。由于玻璃罩的第二焦点F2被聚光在反射镜2的第二焦点，所以能提高光的利用效率。根据计算，得出从反射镜(一次反射镜)向后方泄漏大约2％至5％的可见光和大约95％的红外光。在作为二次反射镜的玻璃罩4上，通过形成只反射该可见光的多层膜，由于能够将以往浪费的大约2％乃至5％的光再聚光在反射镜2的二次焦点上，所以能够使光的利用效率提高大约2％至5％。

即，虽说大约2％至5％的可见光，但在几千小时乃至几万小时使用的前投影仪或后投影电视等中，不容易成为构成光源或彩色转盘等光学单元的树脂部的经时变化(碳化等)、或树脂部因高温而发生火灾的原因，能够防止其发生，同时提高光的利用效率。

另外，在本实施方式中说明的数值只不过是一例，当然不局限于此。如本实施方式的事例，优选，椭圆曲线的数学式(数学式1、数学式2)，以第一及第二焦点都一致的方式选择a1、b1及a2、b2。

另外，透过反射镜入射在玻璃罩的光，由于因折射率的差异，光程稍有变化，所以最好考虑到这种情况，更正确地定位。

(第3实施方式)

在上述的第二实施方式中，示出了用旋转椭圆面构成反射镜2及玻璃罩4的方式，但下面说明旋转抛物面时的情况(即，反射镜及玻璃罩是“抛物面反射镜”时的实施方式)。椭圆曲线具有两个焦点，但抛物线只有1个焦点。因此，发光点P(发光管1的最亮的点)以反射镜2及玻璃罩4的焦点一致的方式配置。

图6表示使焦点一致地设置的反射镜2和玻璃罩4的位置关系(为了便于说明，省略反射镜的外形形状)。该方式特别适合液晶投影仪等。

即，在以下的两个抛物线的数学式中，两个焦点f3(0，p)、F3(0，p₂-p₁)存在于一致的位置(但是，p₂是负值)。

y＝(1/4p)·x²                …(式3)

y＝1/(4p₁)·x²+p₂         …(式4)

此时，以光轴切开的剖面由数学式3表示的旋转抛物面的一部分与反射镜2一致，以光轴切开的剖面由数学式4表示的旋转抛物面的一部分与玻璃罩4一致地设置。

如果如此设置，通过用玻璃罩再次反射向反射镜2的后方泄漏的少量的光，能够提高光的利用效率。

另外，透过反射镜入射在玻璃罩的光，由于因折射率的差异，光程稍有变化，所以最好考虑到这种情况，更正确地定位。

在第二或第3实施方式中，说明了在玻璃罩4设置多层膜，以此作为二次反射镜时的情况，但是如第一实施方式，即使没有作为二次反射镜利用，但对于得到防止反射镜2的裂纹等的效果，将玻璃罩4设在反射镜2的后方，也可以说具有一定的效果。因此，例如，在不由多层膜，只由单一的透明玻璃等构成玻璃罩4时，由于是不作为二次反射镜利用玻璃罩4的方式，所以，在此种情况下，不需要考虑反射镜2和玻璃罩4的位置关系。

根据本发明的光源装置，即使发光管破裂，由于也能够将反射镜的裂纹或豁口抑制在最低限度，所以能够防止损伤设备。

另外，如第二或第3实施方式所示，如果以用玻璃罩向规定的方向再反射向反射镜后方泄漏的光的方式设置，还能够提高光的利用效率。

如上所述，本发明在工业上的可利用性极大。

Claims (4)

1.一种光源装置，其具备发光管和反射镜，其特征在于，玻璃罩设有空隙地以两端外插固定在反射镜的后方。

2.一种光源装置，其具备发光管和反射镜，其特征在于，玻璃罩设有空隙地以两端外插固定在反射镜的后方，并且在所述玻璃罩的内表面具备有选择地反射可见光的反射膜。

3.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于，在所述反射镜为椭圆反射镜时，玻璃罩也设为椭圆反射镜，两者的第一焦点与所述发光管的发光点一致，并且由所述反射镜及玻璃罩聚光的点也与第二焦点一致。

4.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于，在所述反射镜为抛物面反射镜时，玻璃罩也设为抛物面反射镜，两者的焦点与发光管的发光点一致。

Images