JP2004303448A

JP2004303448A - 光源装置

Info

Publication number: JP2004303448A
Application number: JP2003091613A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Tanabe; 常彦田辺; Akinobu Takeda; 昭信武田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】光源装置において自然対流および放射により効率よく熱移動せしめ、光源ランプの周辺温度を低減させて光源装置の寿命および信頼性の向上を図るとともに、低価格化を実現できる光源装置を提供する。
【解決手段】光源ランプ２と光源ランプ２から出射された光を反射する反射鏡１とを備えた光源装置１０において、反射鏡１は、光源ランプ２からの可視光を反射し、かつ赤外放射を透過する多重干渉膜が蒸着されたダイクロイック反射鏡であって、反射鏡１の外周部１ｄに沿って外周部１ｄの少なくとも一部を覆う熱吸収体４を設けるものとする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置に関し、特に、光学機器用、映像機器用、工業用光学装置などに用いられる高圧放電ランプ及び蛍光ランプなどを内蔵した光源装置の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学機器、映像機器および工業用光学装置などの照明光学系は、通常、光源ランプと、光源ランプから出射された光を反射するための回転放物面あるいは回転楕円面を有する反射鏡とを含む光源装置を備えている。
光源装置の光源ランプとして、液晶プロジェクタ用にメタルハライドランプや高圧水銀ランプ、また、写真現像用のハロゲンランプ、工業用の紫外線硬化用の紫外線ランプ、映写用のキセノンランプ等が利用されている。又、光源ランプの防爆用に透過性の前面板が反射鏡の開口面に設けられている。
【０００３】
従来の光源装置においては、光源ランプの高輝度化（高ワット化）に伴う発熱量の増加と、反射鏡の小型化に伴い該反射鏡の表面積の減少による冷却能力の低下により、光源ランプ及び反射鏡の温度が高くなる。そのため、通常、送風システムによる強制空冷にて反射鏡の表面を冷却し、光源ランプ周辺の温度上昇を抑制している。
【０００４】
ここで、従来の光源ランプの構造について、高圧水銀ランプを例に挙げて説明する。
高圧水銀ランプＡは、例えば、図９に示すように、硬質ガラスや結晶化ガラスなどの耐熱ガラスの凹面に多重干渉膜が形成された反射鏡１、陰極−陽極間のアーク放電により封印された水銀原子を励起することにより発光させる光源ランプ２、防爆用の前面板３および強制冷却用のファン１１を備えている。なお、ランプによっては前面板３が設けられていない場合もある。
【０００５】
前記光源ランプ２の入力に対するエネルギー変換の配分は、可視光３０％、赤外放射５０％、紫外光１０％、およびその他電極、発光管などの損失１０％程度である。
【０００６】
前記光源ランプ２からの可視光と赤外放射は、反射鏡１の多重干渉膜により可視光と赤外放射とに分離される。可視光は、前記反射鏡１にて反射してランプ前面に照射され、赤外放射は、反射鏡１を透過するとともに一部が反射鏡１に吸収されて熱に変換される。
【０００７】
前記光源ランプ２からの遠赤外放射（波長３．０μｍ以上）は、反射鏡１のガラスの特性から遠赤外領域で急激に透過率が減少するため大部分が反射鏡に吸収され熱変換される。それらの熱変換された反射鏡１の熱は、反射鏡１のガラス肉厚を伝播して反射鏡表面から強制冷却あるいは自然対流、放射により空気中に熱輸送される。従って、光源装置において光源を冷却することは、光源ランプ２の周辺温度を所定の温度に保つために必要であり、反射鏡１からの熱輸送（冷却）が非常に重要である。
【０００８】
以下に、図１０に示す従来の光源装置の反射鏡に生じる熱量の関係を示す。
反射鏡における熱量は、
Δｔ１＝Ｑ×Ｌ／（Ｋ×Ｓ１）
Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２、Ｑ２＝σ×ｆ×Ｓ×（Ｔ１^４−Ｔ２^４）
ｈｃ＝β×ｃ×（Δｔ２／Ｌ）^０．２５
Ｑ：熱量
Ｑ１：対流により除去される熱量
Ｑ２：放射により除去される熱量
Ｌ：反射鏡の厚さ
Ｋ：熱伝導率
Ｓ：反射鏡の断面積
ｈｃ：対流熱伝導率
β：空気の伝導率、比熱、粘性率などで決まる値
ｃ：表面形状で決まる値
σ：ステファン・ボルツマン定数
ｆ：形態係数
ｅ：放射率（吸収率）
Ｓ：放射物体の表面積
Ｔ：反射鏡の絶対温度
【０００９】
そこで、光源ランプ及び反射鏡の冷却手段として、反射鏡に熱伝導率の良い材料に変えるもの（特許文献１を参照）や、反射鏡と同じガラス材で放熱フィンを一体で設けるもの（特許文献２を参照）などの冷却性能を向上させる技術が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１２５１９４号公報（第１−５頁、図３）
【特許文献２】
特開平９−５５１０９号公報（第２−６頁、図２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光源装置は、光源ランプ及び反射鏡の冷却手段として強制的な送風システムを取付けることを前提としたものであって、このような強制冷却方式によると、光源装置の熱伝達率が自然対流、放射を利用した場合と比較して１０倍もの冷却効果があるが、経費や消費電力の増大、騒音問題及び装置構成が複雑になるという欠点がある。そのため、光源装置の冷却手段としては、自然対流、放射を利用したものであって、強制冷却と同程度の冷却効果を有しかつ単純な構造のものが望まれている。
【００１２】
ここで、前記高圧水銀ランプＡの自然対流および放射による熱移動の形態を図１０に示す。
前記反射鏡１の熱量Ｑは、反射鏡１で分離された赤外放射の一部が反射鏡内で吸収された熱量と前記遠赤外放射による熱量の合計で、２００Ｗランプの反射鏡への熱輸送量は約１４０Ｗで、その内、約９０Ｗが反射鏡に熱吸収される。
熱量Ｑは、反射鏡１の肉厚Ｌを熱伝導することにより発生する温度上昇Δｔ１と、反射鏡の表面より自然対流及び放射にて除去される熱量に釣り合う温度上昇Δｔ２とに分けられる。
【００１３】
前記温度上昇Δｔ１は、熱伝導率により決まる値で、熱伝導率が大きくなれば温度上昇値は小さく、且つ各部の温度分布が小さくなる。
しかしながら、自然対流、放射で決まるΔｔ２は、表面の空気温度による熱伝達係数、放射率、表面積、形状などで決まる値であり熱伝導率の影響を受けない。
【００１４】
従って、光源装置の冷却手段に自然対流および放射を利用した場合、反射鏡１の熱輸送の効率を高めるため、反射鏡１の熱伝導率を大きくする、反射鏡の赤外透過率を高める、反射鏡の表面積を大きくするなどの対応が必要となる。
【００１５】
すなわち、特許文献２のように反射鏡に熱伝導率の高いセラミック材料を用いた場合は、反射鏡の熱量が同じであれば、Δｔ１は、熱伝導率が大きくなれば温度上昇値は小さく、且つ各部の温度分布差が小さくなる。
【００１６】
しかしながら、本来反射鏡より透過していた赤外放射は、多重干渉膜が蒸着された不透明な反射鏡では、反射鏡面でセラミック固有の放射率（吸収率）により一部は反射して光源ランプ側に戻り、残りがセラミック内で吸収され熱蓄積されるという問題がある。
【００１７】
例えば、熱伝導率の良いＳｉＯ_２の放射率は、資料によると０．６６で、約３０％が反射し７０％がセラミック反射鏡に熱蓄積され、その熱量が加算される。
反射鏡の総熱量は、２００Ｗランプの場合、約４０Ｗが追加され約１３０Ｗにもなるため、反射鏡の温度Δｔ１及びΔｔ２は更に高くなる。
また、多重干渉膜のない反射鏡では、反射鏡にて可視光と共には赤外放射も反射され、照射物に大きな熱影響を与えるという問題がある。
【００１８】
また、特許文献１のように反射鏡に同材料のガラス材で放熱フィンを一体で設けた場合には、熱量Ｑに対し、放熱フィンを設けたことにより自然対流および放射による熱移動量が増し、温度上昇値Δｔ２は下がる。
しかしながら、その反面、放熱フィンを設けたことにより、フィン先端までの熱移動距離Ｌが長くなり、ガラス材の熱伝導率が小さい分、温度上昇値Δｔ１が高くなるという問題がある。
【００１９】
一方、ガラス加工において、表面積を増すためにできるだけ薄肉のフィン形状が求められるが、粘性の高いガラス材による薄肉の加工成形は難しく、放熱効果を期待するほどの表面積を確保することが難しい。
【００２０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、光源装置において自然対流および放射により効率よく熱移動せしめ、光源ランプの周辺温度を低減させて光源装置の寿命および信頼性の向上を図るとともに、低価格化を実現できる光源装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源装置に係り、光源ランプと該光源ランプから出射された光を反射する反射鏡とを備えた光源装置において、前記反射鏡は、前記光源ランプからの可視光を反射し、かつ赤外放射を透過する多重干渉膜が蒸着されたダイクロイック反射鏡であって、該反射鏡の外周部に沿って該外周部の少なくとも一部を覆う熱吸収体を設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
このように構成することで、前記光源ランプからの赤外放射および電極などからの熱放射、熱伝導により反射鏡に熱蓄積された熱を熱吸収体に熱伝導させて、前記反射鏡の温度上昇を抑制することができ、光源ランプの周辺温度を低減させることで光源装置の寿命および信頼性の向上を図ることができる。
【００２３】
また、本発明は、前記熱吸収体の材質にグラファイトを用いることが好ましい。このように構成することで、グラファイトの大きな熱伝導率により反射鏡の温度上昇を著しく低減することができる。
【００２４】
また、本発明は、前記熱吸収体を前記反射鏡と一体的に設け、前記多重干渉膜を前記熱吸収体の反射鏡と対向する面に蒸着することが好ましい。
このように構成することで、赤外放射に対して高い熱吸収率により反射鏡面での反射を減少させて、照射面への熱影響を軽減させることができる。
【００２５】
また、本発明は、前記熱吸収体として、前記光源ランプからの赤外放射および電極などからの熱放射、熱伝導により熱蓄積された熱を大気中に熱移動させる熱移動手段を備えることが好ましい。
さら、本発明は、前記熱移動手段として、前記熱吸収体の少なくとも一部の外周部に放熱フィンを一体的に突出形成することが好ましい。
このように構成することで、熱吸収体に熱蓄積された熱を、熱移動手段、例えば、放熱フィンにより広い表面積から効果的に大気中に放熱することができる。
【００２６】
また、本発明は、前記放熱フィンの少なくとも一部を、例えば、アルミニウムのような金属により形成することが好ましい。
このように構成することで、熱伝導率の高い放熱フィンを構成して、より効果的に大気中への放熱を行うことができる。
【００２７】
また、本発明は、前記熱吸収体を、グラファイトの熱伝導率の異方性に対し、肉厚方向に熱伝導率が大きくなるように配向することが好ましい。
このように構成することで、前記熱吸収体の反射鏡側付近に熱が溜まることなく、反射鏡側から外部側に向かい効率良く熱伝導することができる。
【００２８】
また、本発明は、前記熱吸収体を、グラファイトの熱伝導率の異方性に対し、放熱フィンの突出方向に熱伝導率が大きくなるように配向することが好ましい。
このように構成することで、反射鏡側より熱吸収体に向かい高効率な熱伝導を実現できる。
【００２９】
また、本発明は、前記金属製の放熱フィンを、薄い板状フィンが配列されたコルゲートフィンとすることが好ましい。
このように構成することで、さらに放熱効果の高い放熱フィンを構成することができる。
【００３０】
また、本発明は、前記熱吸収体を、前記反射鏡の光軸に沿った方向で少なくとも２分割で構成するものとすることが好ましい。
このように構成することで、反射鏡と熱吸収体の熱膨張を考慮して、反射鏡の外周部に沿って分割形成された熱吸収体同士の間に隙間をとって配設して、ガラスと同程度の小さい熱膨張率を有する反射鏡の熱膨張、収縮による小さい機械的歪に対して、該反射鏡と熱吸収体との密着性を安定させることができる。
【００３１】
また、本発明は、前記光学装置において、前記反射鏡に前記熱吸収体を取付けるための弾性部材を備え、前記弾性部材の反力により前記熱吸収体を前記反射鏡の外周部に押圧して取付けることが好ましい。
特に、本発明は、前記弾性部材として、少なくとも板ばね状部材または線ばね状部材のうちの何れかの部材を用いることが好ましい。
このように構成することで、熱影響により熱吸収体が熱膨張、収縮して機械的歪が生じても、熱吸収体を反射鏡に常に押圧することができるので前記熱吸収体と反射鏡との密着性を保つことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１〜図４は発明を実施する形態の一例であって、図１は本発明に係る第１の実施形態の光源装置の全体構成を示す斜視図、図２は前記光源装置の構成を示す側断面図、図３は前記光源装置の反射鏡と熱吸収体との取付け状態の一例を示す側断面図、図４は図３のＡ−Ａ断面矢視図である。
【００３３】
本実施形態は、図１、図２に示すように、反射鏡１と、該反射鏡１の中央部に配設された光源ランプ２と、前記反射鏡１の開口部１ａを覆う前面板３とを備えた光源装置１０であって、前記反射鏡１の外周部に沿って熱吸収体４を設けたものである。
【００３４】
前記前面板３は、透光性の部材で形成され、光源ランプ２の破裂によるガラス破片の飛散を防止する保護部材である。
【００３５】
前記反射鏡１は、光源ランプ２の発光部２ａを焦点とする回転放物面形状あるいは楕円曲面形状で形成され、前方に開口部１ａが拡開形成されるとともに、凹状の底部１ｂの中央部に光源ランプ２が装着される取付け部１ｃが後方に向かい突出形成されている。そして、光源ランプ２の発光部２ａより放射した光が平行光あるいは集光光として前面板３より出射されるように構成されている。
【００３６】
また、前記反射鏡１は、内面に多重干渉膜が蒸着されたダイクロイック反射鏡であって、用途によって可視光線あるいは紫外線を反射し、赤外放射は反射鏡１のガラス面を透過するようにされている。
【００３７】
前記反射鏡１の外周部１ｄに沿って、前記開口部１ａと取付け部１ｃの端部を除き、該反射鏡１の前端から後端に亘り外周部１ｄを覆うように熱吸収体４が一体的に形成されている。
【００３８】
前記熱吸収体４は、天然グラファイト（黒鉛）を素材として、射出あるいは押出しなどの加工方法にて成形され、前記反射鏡１の外周部１ｄに接する内側面は該反射鏡１の表面に密着するように成形され、図２に示すように、前記反射鏡１の開口側から光源ランプ２付近にかけて略同じ厚さで外周部１ｄを被覆するとともに、前記光源ランプ２付近から底部および取付け部１ｃに亘り前記被覆部より厚く形成されている。また、前記熱吸収体４の外周部には、複数の放熱フィン４ａが突出形成されている。
【００３９】
前記熱吸収体４は、グラファイトの特徴である熱伝導率の異方性を利用して、厚さの薄い箇所よりも厚い箇所の熱伝導率が大きくなるように成形されるとともに、放熱フィン４ａの突出方向に向かい熱伝導率が大きくなるように成形されている。
【００４０】
ここで、グラファイトの物性は、熱伝導率が銅素材と同じ３７０Ｗ／ｍ・Ｋ、ガラスの熱膨張率と同程度の３．１×１０‐^６／Ｋ‐^１、赤外放射に対する放射率が０．９７である。
【００４１】
前記熱吸収体４と反射鏡１との接する部分には、表面の微小な凹凸により空気層が生じないようにシリコングリスなどの熱伝導の良いバインダーが塗布されている。
【００４２】
前記放熱フィン４ａは、図１、図２に示すように、平面視で前記反射鏡１を略中央部に配置した矩形状を呈し、熱吸収体４の前端から後端に亘り光源ランプ２の中心線Ｐ方向に沿って略等間隔で所定の隙間をとって、その中心線Ｐに対して略垂直方向に突出形成されている。
【００４３】
前記放熱フィン４ａのフィン形状は、できるだけ表面積を得るために成形能力から約０．５〜１．０ｍｍと薄く、自然対流性能からフィンピッチは８ｍｍ以上としている。なお、強制冷却に用いられる放熱ファンの場合は５ｍｍピッチ以下でも可能である。
【００４４】
また、前記放熱フィン４ａのフィン高さは、光源装置１０の大きさ、対流熱伝達係数ｈｃ（図１０参照）などから小さい方が効率的で、必要な表面積との兼ね合いによるが、通常に５ｍｍ程度が好ましい。
【００４５】
なお、前記熱吸収体４は、反射鏡１の形状により一体型あるいは分割型で構成することが可能であるが、本実施形態では一例として、図３、図４に示すように、正面視で２分割で構成したものを採用している。
【００４６】
この実施例において、反射鏡１の開口側端部には、熱吸収体４の前端側の放熱フィン４ａ１と対向するように、外側に向かい突出した係止部１ｅが開口側端部に沿って延設されている。
【００４７】
前記反射鏡１と熱吸収体４とは、前記係止部１ｅと放熱フィン４ａ１とを重ね合わせた状態で、板ばねで形成されたクリップ７で固定されるとともに、線ばね（引張りコイルばね）５とロープ６とを組み合わせた取付け部材８により前記熱吸収体４の外周部を締付けて、前記熱吸収体４を反射鏡１に圧接するようにして固定されている。
【００４８】
前記取付け部材８は、線ばね５の両端部に形成されたフック部５ａのロープ６の端部を取付けたものであって、線ばね５の張力により常に熱吸収体４を反射鏡に押圧固定するとともに、熱膨張による熱吸収体４の微小な動きにも順応させている。
【００４９】
次に、本実施形態の光源装置１０の放熱作用について説明する。
光源装置１０において、光源ランプ２からの発光は、光源ランプ２からの可視光と赤外放射は、反射鏡１の多重干渉膜により可視光と赤外放射に分離される（図９を参照）。
【００５０】
可視光は、前記反射鏡１で反射してランプ前面に照射され、赤外放射は、前記反射鏡１を透過して熱吸収体４に吸収されて熱変換されるとともに、一部が反射鏡１に吸収されて熱変換される。
【００５１】
熱変換された反射鏡１の熱は、反射鏡１と密着した熱吸収体４に伝播される。
熱吸収体４において熱変換された熱と反射鏡１から伝播された熱は、放熱フィン４ａに伝播されて、該放熱フィン４ａの表面から自然対流および放射により大気中に熱輸送される。
このようにして放熱フィン４ａから放熱することで冷却された熱吸収体４により、光源ランプ２からの熱影響による反射鏡１の温度上昇を抑制することができる。
【００５２】
以上のように構成したので、本実施形態の光源装置１０によれば、反射鏡１に熱吸収体４を一体的に設けたことで、自然対流および放射により効率よく熱移動することができ、光源ランプ２による反射鏡１の温度上昇を抑制することができる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、反射鏡１を、その内面に多重干渉膜が蒸着されたダイクロイック反射鏡として、可視光線あるいは紫外線を反射し、一方、赤外放射を反射鏡１のガラス面を透過させることで熱吸収体４に熱を吸収させ、反射鏡１のガラス面の温度上昇を抑制することができる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、熱吸収体４を反射鏡１の外周部１ｄ全体に亘り被覆するように形成したので、反射鏡１の外周部全体より蓄熱された熱を吸収することができる。さらに、前記熱吸収体４の材質を熱伝導率の大きい天然グラファイトとしたので、効率良く反射鏡１から熱を吸収することができる。
また、前記熱吸収体４の外周部１ｄ全体に放熱フィン４ａを形成したので、効率良く放熱することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態によれば、前記熱吸収体４と反射鏡１との接する部分にシリコングリスなどの熱伝導の良いバインダーを塗布したので、反射鏡１から熱吸収体４への熱伝導を高効率で行うことができる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、熱吸収体４を２分割で構成したので、部品構成を簡略化できるとともに、組付けを容易にできる。
また、前記熱吸収体４の反射鏡１への取付けについては、反射鏡１の中心線Ｐ方向の固定を前端部でクリップ７により挟持し、該反射鏡１の外周方向の固定を線ばね５とロープ６とを組み合わせた取付け部材８により前記熱吸収体４の外周部を締付けて固定するようにしたので、熱影響により反射鏡１や熱吸収体４に機械的歪が生じても、中心軸Ｐ方向に沿った歪や外周方向の歪に対しても順応することができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図５、図６は発明を実施する形態の一例であって、図５は本発明に係る第２の実施形態の光源装置の全体構成を示す斜視図、図６は前記光源装置の構成を示す側断面図である。図中において、上述した他の実施形態と同様な構成要素は、同一の符号を付することで説明を省略する。
【００５８】
本実施形態は、図５、図６に示すように、反射鏡１と、該反射鏡１の中央部に配設された光源ランプ２と、前記反射鏡１の開口部１ａを覆う前面板３とを備えた光源装置２０であって、前記反射鏡１の外周部に沿って熱吸収体２４を設けたものである。
【００５９】
前記熱吸収体２４は、天然グラファイト（黒鉛）を素材として、射出あるいは押出しなどの加工方法にて成形され、前記反射鏡１の外周部１ｄに接する内側面は該反射鏡１の表面に密着するように成形され、図６に示すように、前記反射鏡１の外周部１ｄの光源ランプ２付近から底部および取付け部１ｃに亘り厚く形成されている。また、前記熱吸収体２４の外周部には、複数の放熱フィン２４ａが突出形成されている。
【００６０】
前記熱吸収体２４は、グラファイトの特徴である熱伝導率の異方性を利用して、厚さの薄い箇所よりも厚い箇所の熱伝導率が大きくなるように成形されるとともに、放熱フィン２４ａの突出方向に向かい熱伝導率が大きくなるように成形されている。
【００６１】
前記熱吸収体２４と反射鏡１との接する部分には、表面の微小な凹凸により空気層が生じないようにシリコングリスなどの熱伝導の良いバインダーが塗布されている。
【００６２】
前記放熱フィン２４ａは、図５、図６に示すように、平面視で前記反射鏡１を略中央部に配置した矩形状を呈し、熱吸収体２４の前端から後端に亘り光源ランプ２の中心線Ｐ方向に沿って略等間隔で所定の隙間をとって、その中心線Ｐに対して略垂直方向に突出形成されている。
【００６３】
前記放熱フィン２４ａのフィン形状およびフィン高さは、第１の実施形態に係る放熱フィン４ａと略同等の仕様で構成されているため説明を省略する。
【００６４】
また、前記熱吸収体２４は、反射鏡１の形状により一体型あるいは分割型で構成することが可能であるが、第１の実施形態に係る熱吸収体４と同様に２分割で構成されている。また、前記反射鏡１への取付け構造は、第１の実施形態と略同様に構成されているため説明を省略する。
【００６５】
次に、本実施形態の光源装置２０の放熱作用について説明する。
光源装置２０において、光源ランプ２からの発光は、図６に示すように、光源ランプ２からの可視光と赤外放射は、反射鏡１の多重干渉膜により可視光と赤外放射に分離される。
【００６６】
可視光は、前記反射鏡１で反射してランプ前面に照射され、赤外放射は、前記反射鏡１を透過して、熱吸収体２４に覆われた部分においては該熱吸収体２４吸収されて熱変換されるとともに、一部が反射鏡１に吸収されて熱変換される。
【００６７】
熱変換された反射鏡１の熱は、反射鏡１と密着した熱吸収体２４に伝播される。熱吸収体２４において熱変換された熱と反射鏡１から伝播された熱は、放熱フィン２４ａに伝播されて、該放熱フィン２４ａの表面から自然対流および放射により大気中に熱輸送される。
【００６８】
このようにして放熱フィン２４ａから放熱することで冷却された熱吸収体２４により、光源ランプ２からの熱影響による反射鏡１の温度上昇を抑制することができる。
【００６９】
以上のように構成したので、本実施形態の光源装置２０によれば、反射鏡１に熱吸収体２４を一体的に設けたことで、自然対流および放射により効率よく熱移動することができ、特に反射鏡１の光源ランプ２周辺の温度上昇を抑制することができる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、熱吸収体２４は、反射鏡１の光源ランプ２付近および該光源ランプ２が装着される取付け部１ｃの外周部を覆うようにしたので、コンパクトな構成で特に発熱源となる光源ランプ２付近を効果的に冷却することができる。
【００７１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図７の（ａ）は本発明に係る第３の実施形態の光源装置の全体構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図である。図中において、上述した他の実施形態と同様な構成要素は、同一の符号を付することで説明を省略する。
【００７２】
本実施形態は、図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、反射鏡１と、該反射鏡１の中央部に配設された光源ランプ２とを備えた光源装置３０であって、前記反射鏡１の外周部に沿って熱吸収体３４を設けたものである。
【００７３】
前記反射鏡１の外周部１ｄに沿って、前記開口部１ａと取付け部１ｃの端部を除き、該反射鏡１の前端から後端に亘り外周部１ｄを覆うように熱吸収体３４が一体的に形成されている。
【００７４】
前記熱吸収体３４は、天然グラファイト（黒鉛）を素材として、射出あるいは押出しなどの加工方法にて成形され、前記反射鏡１の外周部１ｄに接する内側面は該反射鏡１の表面に密着するように成形され、図７の（ａ）に示すように、前記反射鏡１の開口側から光源ランプ２付近にかけて略同じ厚さで外周部１ｄを被覆するとともに、前記光源ランプ２付近から底部および取付け部１ｃに亘り前記被覆部より厚く形成されている。
また、前記熱吸収体３４は、グラファイトの特徴である熱伝導率の異方性を利用して、厚さの薄い箇所よりも厚い箇所の熱伝導率が大きくなるように成形されている。
【００７５】
前記熱吸収体３４と反射鏡１との接する部分には、表面の微小な凹凸により空気層が生じないようにシリコングリスなどの熱伝導の良いバインダーが塗布されている。
【００７６】
前記熱吸収体３４の外周部には、前記光源ランプ２付近から底部および取付け部１ｃに亘り複数のアルミ製のコルゲートフィン９が設けられている。
前記コルゲートフィン９は、薄いアルミ板を何層にも組み合わせたもので、該コルゲートフィン９の板厚は、グラファイトで成形された前述した放熱フィン４ａ、２４ａの板厚の１／３から１／４程度と薄く形成されている。
【００７７】
前記熱吸収体３４の反射鏡１への取付けは、第１の実施形態と略同様に図示しない板ばねを用いたクリップ７あるいは線ばね５とロープ６とを組み合わせた取付け部材８で固定するように構成されているため説明を省略する。
【００７８】
以上のように構成したので、本実施形態によれば、前記熱吸収体３４の外周部おける単位長さ当りのコルゲートフィン９のフィン数を前述した実施形態に係る放熱フィン４ａ、２４ａよりも多く取付けることができるので、放熱される表面積が増すことにより自然対流による冷却効果が高められる。
【００７９】
また、前記コルゲートフィン９を、図１に示すような第１の実施形態の放熱フィン４ａのように、熱吸収体３４の外周部全体に亘り設けることにより、さらに放熱する表面積が増すことで自然対流による冷却効果を高めることが可能である。
【００８０】
また、本実施形態によれば、前記反射鏡１とコルゲートフィン９との間に熱吸収体３４を設けることで、赤外放射に対する熱吸収、熱伝導、熱膨張などに対する緩衝効果を持たせることができる。
【００８１】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図８の（ａ）は本発明に係る第４の実施形態の光源装置の全体構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図である。図中において、上述した他の実施形態と同様な構成要素は、同一の符号を付することで説明を省略する。
【００８２】
本実施形態は、図８の（ａ）、（ｂ）に示すように、反射鏡１と、該反射鏡１の中央部に配設された光源ランプ２とを備えた光源装置４０であって、前記反射鏡１の外周部に沿って熱吸収体４４を設けたものである。
【００８３】
前記熱吸収体４４は、天然グラファイト（黒鉛）を素材として、射出あるいは押出しなどの加工方法にて成形され、前記反射鏡１の外周部１ｄに接する内側面は該反射鏡１の表面に密着するように成形され、図８の（ａ）に示すように、前記反射鏡１の外周部１ｄの光源ランプ２付近から底部および取付け部１ｃに亘り厚く形成されている。
また、前記熱吸収体４４は、グラファイトの特徴である熱伝導率の異方性を利用して、厚さの薄い箇所よりも厚い箇所の熱伝導率が大きくなるように成形されている。
【００８４】
前記熱吸収体３４と反射鏡１との接する部分には、表面の微小な凹凸により空気層が生じないようにシリコングリスなどの熱伝導の良いバインダーが塗布されている。
【００８５】
前記熱吸収体３４の外周部には、前記光源ランプ２付近から底部および取付け部１ｃに亘り複数のアルミ製のコルゲートフィン９が設けられている。
【００８６】
前記熱吸収体４４の反射鏡１への取付けは、第１の実施形態と略同様に図示しない板ばねを用いたクリップ７あるいは線ばね５とロープ６とを組み合わせた取付け部材８で固定するように構成されているため説明を省略する。
【００８７】
以上のように構成したので、本実施形態によれば、第３の実施形態と同様に前記熱吸収体４４の外周部おける単位長さ当りのコルゲートフィン９のフィン数を前述した実施形態に係る放熱フィン４ａ、２４ａよりも多く取付けることができるので、放熱される表面積が増すことにより自然対流による冷却効果が高められる。
【００８８】
また、本実施形態によれば、反射鏡１とコルゲートフィン９との間に熱吸収体４４を設けることで、赤外放射に対する熱吸収、熱伝導、熱膨張などに対する緩衝効果を持たせることができる。
【００８９】
尚、本発明の光源装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００９０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の光源装置によれば、反射鏡に蓄積された熱を自然対流および放射により効率よく熱移動して、光源ランプ周辺の温度上昇を低減させて光源装置の寿命および信頼性の向上を図るとともに、簡単な冷却構造により低価格化を実現できるという優れた効果を奏し得る。
【００９１】
詳しくは、本発明によれば、光源ランプと反射鏡とを備えた光源装置において、前記反射鏡は、前記光源ランプからの可視光を反射し、かつ赤外放射を透過する多重干渉膜が蒸着されたダイクロイック反射鏡であって、該反射鏡の外周部に沿って該外周部の少なくとも一部を覆う熱吸収体を設けることで、前記光源ランプからの赤外放射および電極などからの熱放射、熱伝導により反射鏡に熱蓄積された熱を熱吸収体に熱伝導させて、前記反射鏡の温度上昇を抑制することができる。これにより、光源ランプの周辺温度を低減させることで光源装置の寿命および信頼性の向上を図ることができる。
また、反射鏡のガラス材として、耐熱（結晶化）ガラスに替えて汎用の硬質ガラスを採用することができるので、光源装置の低価格化を図ることができる。
【００９２】
さらに、本発明によれば、前記熱吸収体の材質にグラファイトを用いることで、大きな熱伝導率による温度上昇Δｔ１の低下と、薄型成形が可能なことによる広い表面積の放熱フィンによる温度上昇Δｔ２の低下により、自然対流、放射を利用した冷却が可能となり、反射鏡の温度上昇を著しく低減することができる。
【００９３】
また、本発明によれば、前記熱吸収体を前記反射鏡と一体的に設け、前記多重干渉膜を前記熱吸収体の反射鏡と対向する面に蒸着することで、赤外放射に対して高い熱吸収率により反射鏡面での反射を減少させて、照射面への熱影響を軽減させることができる。
【００９４】
また、本発明によれば、前記熱吸収体として、前記光源ランプからの赤外放射および電極などからの熱放射、熱伝導により熱蓄積された熱を大気中に熱移動させる熱移動手段を備え、前記熱移動手段として、前記熱吸収体の少なくとも一部の外周部に放熱フィンを一体的に突出形成することで、熱吸収体に熱蓄積された熱を、熱移動手段、例えば、放熱フィンにより広い表面積から効果的に大気中に放熱することができる。これにより、自然冷却により、経費、消費電力、騒音及び複雑さなどが軽減できる。
【００９５】
また、本発明によれば、前記放熱フィンの少なくとも一部を、例えば、アルミニウムのような金属により形成することで、熱伝導率の高い放熱フィンを構成して、より効果的に大気中への放熱を行うことができる。
さらに、本発明によれば、前記熱吸収体を、グラファイトの熱伝導率の異方性に対し、肉厚方向に熱伝導率が大きくなるように配向することで、前記熱吸収体の反射鏡側付近に熱が溜まることなく、反射鏡側から外部側に向かい効率良く熱伝導することができる。
【００９６】
また、本発明によれば、前記熱吸収体を、グラファイトの熱伝導率の異方性に対し、放熱フィンの突出方向に熱伝導率が大きくなるように配向することで、より熱吸収体に向かい高効率な熱伝導を実現できる。
さらに、本発明によれば、前記金属製の放熱フィンを、薄い板状フィンが配列されたコルゲートフィンとすることで、放熱される表面積が大きくなり、さらに放熱効果の高い放熱フィンを構成することができる。
【００９７】
また、本発明によれば、前記熱吸収体を、前記反射鏡の光軸に沿った方向で少なくとも２分割で構成し、反射鏡の外周部に沿って分割形成された熱吸収体同士の間に隙間をとって配設することで、ガラスと同程度の小さい熱膨張率を有する反射鏡の熱膨張、収縮による小さい機械的歪に対して、該反射鏡と熱吸収体との密着性を安定させることができる。
【００９８】
また、本発明によれば、前記光学装置において、前記反射鏡に前記熱吸収体を取付けるための弾性部材、例えば、板ばね状部材や線ばね状部材を備え、前記板ばね状部材や線ばね状部材の反力により前記熱吸収体を前記反射鏡の外周部に押圧して取付けるように構成することで、熱影響により熱吸収体が熱膨張、収縮して機械的歪が生じても、熱吸収体を反射鏡に常に押圧することができるので該熱吸収体と反射鏡との密着性を保つことができる、などの著しい効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の光源装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】前記光源装置の構成を示す側断面図である。
【図３】前記光源装置の反射鏡と熱吸収体との取付け状態の一例を示す側断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図５】本発明に係る第２の実施形態の光源装置の全体構成を示す斜視図である。
【図６】前記光源装置の構成を示す側断面図である。
【図７】（ａ）は本発明に係る第３の実施形態の光源装置の全体構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図である。
【図８】（ａ）は本発明に係る第４の実施形態の光源装置の全体構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図である。
【図９】従来の光源装置の構成を示す説明図である。
【図１０】従来の光源装置における自然対流と放射熱の関係式である。
【符号の説明】
１反射鏡
２光源ランプ
３前面板
４、２４、３４、４４熱吸収体
４ａ、４ａ１、２４ａ放熱フィン
５線ばね
６ロープ
７クリップ
８取付け部材
９コルゲートフィン
１０、２０、３０、４０光源装置

Claims

光源ランプと該光源ランプから出射された光を反射する反射鏡とを備えた光源装置において、
前記反射鏡は、前記光源ランプからの可視光を反射し、かつ赤外放射を透過する多重干渉膜が蒸着されたダイクロイック反射鏡であって、該反射鏡の外周部に沿って該外周部の少なくとも一部を覆う熱吸収体を設けたことを特徴とする光源装置。
前記熱吸収体は、材質にグラファイトを用いたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記熱吸収体は、前記反射鏡と一体的に設けられ、前記多重干渉膜は、前記熱吸収体の反射鏡と対向する面に蒸着されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
前記熱吸収体は、前記光源ランプからの赤外放射および電極などからの熱放射、熱伝導により熱蓄積された熱を大気中に熱移動させる熱移動手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の光源装置。
前記熱移動手段として、前記熱吸収体の少なくとも一部の外周部に放熱フィンを一体的に突出形成したことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
前記放熱フィンは、少なくとも一部が金属により形成されたことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
前記熱吸収体は、グラファイトの熱伝導率の異方性に対し、肉厚方向に熱伝導率が大きくなるように配向されたことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
前記熱吸収体は、グラファイトの熱伝導率の異方性に対し、放熱フィンの突出方向に熱伝導率が大きくなるように配向されたことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
前記金属製の放熱フィンは、薄い板状フィンが配列されたコルゲートフィンとすることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
前記熱吸収体は、前記反射鏡の光軸に沿った方向で少なくとも２分割で構成されたことを特徴とする請求項１乃至９のうちの何れか一項に記載の光源装置。
前記光学装置は、前記反射鏡に前記熱吸収体を取付けるための弾性部材を備え、前記弾性部材の反力により前記熱吸収体を前記反射鏡の外周部に押圧して取付けることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
前記弾性部材として、少なくとも板ばね状部材または線ばね状部材のうちの何れかの部材を用いることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。