JP2005149968A - Light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超高圧放電灯と金属製のリフレクターとを備え、投射型プロジェクターの光源として用いられる光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device that includes an ultrahigh pressure discharge lamp and a metal reflector and is used as a light source of a projection type projector.
近年では、ビジネスにおけるプレゼンテーション、家庭におけるホームシアターやリアプロジェクションテレビ等の様々なシーンで投射型プロジェクターが使用されており、その主要部品である光源装置には、ガラス製のリフレクターに超高圧放電灯を取り付けたものが一般に用いられている(特許文献1)。そして、このようなリフレクター付の光源装置1では、図3に示すように、放電灯2の端部にセラミックキャップ3を装着し、放電灯2とセラミックキャップ3とをセメント4によってガラス製のリフレクター5に接合していた。
In recent years, projection projectors have been used in various scenes such as business presentations, home theaters and rear projection televisions in the home, and the main components of the light source device are ultrahigh pressure discharge lamps attached to glass reflectors. Is generally used (Patent Document 1). In such a
このような投射型プロジェクターの光源装置には、「明るさ向上」、「軽量化」、「長寿命化」、「再点灯時間(消灯後、再点灯できるまでの待ち時間)の短縮化」、「放電灯が破裂した際の水銀拡散の防止」等の要求があり、従来では、放電灯の高圧化(0.15mg/mm3以上の水銀封入)によって「明るさ向上」の要求に応えていた。
従来では、放電灯の高圧化によって「明るさ向上」の要求に応えていたが、放電灯の高圧化だけでは、「軽量化」、「長寿命化」、「再点灯時間の短縮化」および「水銀拡散の防止」の全ての要求には応えることができなかった。 Conventionally, the demand for "brightness improvement" has been met by increasing the pressure of the discharge lamp, but only by increasing the pressure of the discharge lamp, "weight reduction", "long life", "reduction of relighting time" and We were unable to meet all the requirements of “preventing mercury diffusion”.
つまり、「軽量化」については、リフレクターの肉厚を薄くして重量を軽くすることによる対策が考えられるが、ガラス製のリフレクターでは、肉厚を薄くすると強度が大幅に低下するため、放電灯が破裂した際の破片によってリフレクターが破損してしまうおそれがあった。 In other words, with regard to “light weight reduction”, measures can be taken by reducing the thickness of the reflector to reduce its weight. However, with a glass reflector, the strength is greatly reduced when the thickness is reduced. There was a possibility that the reflector would be damaged by the fragments when the ruptured.
また、「長寿命化」については、放電灯の発光部内に存在する不純物(水素、ナトリウム等)に依存する割合が高いが、ガラス製のリフレクターを用いた光源装置では、放電灯の点灯中に石英ガラス壁から発光部内へ供給される不純物を軽減することができなかった。 In addition, “life extension” is highly dependent on impurities (hydrogen, sodium, etc.) present in the light emitting part of the discharge lamp, but in a light source device using a glass reflector, Impurities supplied from the quartz glass wall into the light emitting part could not be reduced.
そして、「再点灯時間の短縮化」については、消灯後の放電灯の温度をできる限り早く低下させて、絶縁破壊を起こすことができる程度にまで放電灯の内部圧力を低下させる必要があるが、ガラス製のリフレクターの熱伝導率は、硬質ガラスで1.25W/m・K、耐熱強化結晶化ガラスで1.53W/m・Kと低いため、温度低下に長時間を要し、再点灯時間が長くなっていた。 As for “reducing the relighting time”, it is necessary to lower the temperature of the discharge lamp as soon as possible to reduce the internal pressure of the discharge lamp to such an extent that dielectric breakdown can occur. The thermal conductivity of glass reflectors is as low as 1.25 W / m · K for hard glass and 1.53 W / m · K for heat-resistant tempered crystallized glass. The time was getting longer.
さらに、「水銀拡散の防止」については、リフレクターの内側を密閉するとともに、リフレクターの強度を高めてその破損を防止することによる対策が考えられるが、ガラス製のリフレクターの強度を高めようとすると重量が増大するため、「軽量化」の要求に反することになる。 Furthermore, with regard to “preventing mercury diffusion”, measures can be taken by sealing the inside of the reflector and increasing the strength of the reflector to prevent its breakage. Therefore, it is against the demand for “weight reduction”.
それゆえに、この発明の主たる目的は、「明るさ向上」、「軽量化」、「長寿命化」、「再点灯時間の短縮化」および「水銀拡散の防止」の全ての要求に応えることのできる、光源装置を提供することである。 Therefore, the main purpose of the present invention is to meet all the requirements of “brightness improvement”, “weight reduction”, “extension of life”, “reduction of relighting time” and “prevention of mercury diffusion”. It is possible to provide a light source device.
請求項1に記載した発明は、「0.15mg/mm3以上の水銀が封入されている超高圧放電灯12と、超高圧放電灯12の光を反射させる反射面14aを有する金属製のリフレクター14とを備える、光源装置10」である。
The invention described in
この発明では、金属製のリフレクター14を用いているので、強度低下を招くことなく軽量化を達成できる。また、金属製のリフレクター14に光が照射されると光電効果によってリフレクター14がマイナスに荷電されるので、超高圧放電灯12内で発生した不純物(水素、ナトリウム等)の陽イオンがリフレクター14に引き寄せられ、ガラス壁を通過して超高圧放電灯12の外部へ排出される。したがって、不純物による超高圧放電灯12の短寿命化を抑制できる。また、金属製のリフレクター14は熱伝導率が高いので、消灯後の温度低下を促進することができ、再点灯時間の短縮化を達成できる。さらに、金属製のリフレクター14は、簡単に破損することがないので、超高圧放電灯12が破裂した場合でもその内部の水銀が拡散する心配はない。
In this invention, since the
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した「光源装置10」において、「リフレクター14が水銀と反応してアマルガムを生成する金属によって構成された」ことを特徴とする。
The invention described in
この発明では、水銀と反応してアマルガムを生成する金属(アルミニウム、金、銀、亜鉛、カドミウム、鉛、ナトリウム、カリウム等)によってリフレクター14が構成されるので、超高圧放電灯12が破裂したときに飛散した水銀は、リフレクター14と反応して「アマルガム」として固定される。したがって、超高圧放電灯12が破裂した場合でも水銀が拡散する心配はない。
In the present invention, the
請求項3に記載した発明は、請求項1または2に記載した「光源装置10」において、「反射面14aに水銀と反応してアマルガムを生成する金属膜を形成した」ことを特徴とする。
The invention described in claim 3 is characterized in that, in the “
この発明では、超高圧放電灯12が破裂したときに飛散した水銀が、反射面14aに形成された金属膜と反応して「アマルガム」として固定される。
In the present invention, mercury scattered when the ultra-high
請求項4に記載した発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載した「光源装置10」において、「反射面14aに可視光の反射を促進する可視光反射膜を形成した」ことを特徴とする。
The invention described in claim 4 is characterized in that, in the “
この発明では、反射面14aに形成された可視光反射膜12によって可視光の反射が促進され、明るさが向上する。
In the present invention, the visible
請求項5に記載した発明は、請求項4に記載した「光源装置10」において、「可視光反射膜は高屈折率膜と低屈折率膜とを有する多層膜である」ことを特徴とする。
The invention described in claim 5 is the "
この発明は、可視光反射膜の具体的構成に関するものである。 The present invention relates to a specific configuration of a visible light reflecting film.
請求項6に記載した発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載した「光源装置10」において、「リフレクター14を絞り加工によって形成した」ことを特徴とする。
The invention described in claim 6 is characterized in that, in the “
この発明では、リフレクター14を絞り加工によって薄肉に形成できる。
In the present invention, the
請求項1〜6に記載した発明によれば、超高圧放電灯を用いているので「明るさ向上」の要求に応えることができる。また、金属製のリフレクターを用いているので、「軽量化」、「長寿命化」、「再点灯時間の短縮化」および「水銀拡散の防止」の要求に応えることができる。 According to the first to sixth aspects of the invention, since the ultra high pressure discharge lamp is used, it is possible to meet the demand for “brightness improvement”. In addition, since a metal reflector is used, it is possible to meet the demands of “light weight”, “long life”, “reduction of relighting time”, and “prevention of mercury diffusion”.
請求項2および3に記載した発明によれば、超高圧放電灯の破裂時に飛散した水銀をアマルガムとして固定することができるので、「水銀の拡散」をより確実に防止することができる。 According to the second and third aspects of the present invention, mercury scattered at the time of bursting of the ultrahigh pressure discharge lamp can be fixed as an amalgam, so that “diffusion of mercury” can be more reliably prevented.
請求項4および5に記載した発明によれば、リフレクターの反射面に可視光反射膜を形成しているので、「明るさ」をより高めることができる。 According to the invention described in claims 4 and 5, since the visible light reflecting film is formed on the reflecting surface of the reflector, "brightness" can be further increased.
請求項6に記載した発明によれば、リフレクターを絞り加工によって薄肉に形成できるので、より軽量化することができる。 According to the invention described in claim 6, since the reflector can be formed thin by drawing, the weight can be further reduced.
図1を参照して、本発明が適用された光源装置10は、投射型プロジェクターの光源として用いられるものであり、超高圧放電灯12と、超高圧放電灯12の光を反射させるリフレクター14と、超高圧放電灯12の端部を保持する保持部材16と、リフレクター14の前部開口を覆うカバー18と、超高圧放電灯12および保持部材16をリフレクター14に固着するためのセメント20によって構成されている。
Referring to FIG. 1, a
超高圧放電灯12は、直流点灯式のショートアーク超高圧水銀放電灯であり、球状の発光部22と、その両端からストレートに延びた棒状の封止部24とを有する封体容器26を備えている。そして、封体容器26における各封止部24の内部には、一端が発光部22の内部へ突出した電極棒28と、一端が外部へ突出したリード棒30と、電極棒28の他端とリード棒30の他端とを電気的に接続するモリブデン箔32とが配設されており、各電極棒28の一端には、一対のタングステン電極(以下、単に「電極」という。)34を構成する陽極34aおよび陰極34bが接続されている。また、発光部22の内部には、0.15mg/mm3以上の水銀が封入されている。
The ultra high
なお、図1に示した超高圧放電灯12は、ダブルエンド型で直流点灯式の超高圧水銀放電灯であるが、これに代えて、交流点灯式の超高圧水銀放電灯,シングルエンド型の超高圧水銀放電灯を用いるようにしてもよい。
The ultra-high
リフレクター14は、超高圧放電灯12の発光部22において発生した光を所定方向へ反射させるための金属製の碗状部材であり、リフレクター14の内面には、鏡面状の反射面14aが形成されている。また、リフレクター14の中央部には、超高圧放電灯12の封止部24が挿通される取付孔36を構成する筒状の放電灯取付部38が形成されている。
The
なお、リフレクター14の材質は、高強度かつ薄肉に形成可能な金属(アルミニウム、ステンレス、真鍮、ニッケル、クロム、ニッケル−クロム合金、銅、銅−ニッケル合金等)であればよく、特に限定されるものではない。金属製のリフレクター14の熱伝導率は、ガラス製のリフレクターよりもはるかに高く、たとえば、アルミニウム製であれば233W/m・K、ステンレス製であれば19W/m・Kである。
The material of the
保持部材16は、超高圧放電灯12における封止部24の先端部を保持するとともに、リード線40(図1)を保持するものであり、セラミック等のような耐熱性材料によって一体成形されている。カバー18は、リフレクター14の内側空間を密閉するものであり、ガラス等のような通光性材料によって一体成形されている。
The holding
なお、リフレクター14の加工方法としては、「プレス加工」または「絞り加工」等を用いることができるが、「絞り加工」を用いた場合には、図2に示すように、リフレクター14の肉厚を0.2mm程度にまで薄くすることができる。また、「絞り加工」の後に「プレス加工」等の成形加工を施すようにすれば、薄肉にして加工精度の高いリフレクター14を得ることができる。
In addition, as a processing method of the
「絞り加工」によって1.2mmの肉厚で形成されたリフレクター14の重量は、アルミニウム製であれば113g程度、ステンレス製であれば125g程度であり、一般的なガラス製のリフレクター(肉厚6mm)の重量が250g程度であるのに比べて大幅に軽くなる。
The weight of the
光源装置10を組み立てる際には、まず、超高圧放電灯12における一方の封止部24の端部に保持部材16をセメントによって接合する。続いて、超高圧放電灯12をリフレクター14の取付孔36に通してこれをリフレクター14の中央部に位置決めし、保持部材16および封止部24をセメント20によってリフレクター14の放電灯取付部38に接合する。そして、リフレクター14の前部開口にカバー18を装着する。なお、「セメント」としては、アルミナ−シリカ(Al2O3−SiO2)系,アルミナ(Al2O3)系または炭化けい素(SiC)系のものを用いることができる。
When assembling the
光源装置10をプロジェクターの内部に組み込んだ後、プロジェクターの駆動スイッチを入れると、超高圧放電灯12に点灯始動電圧が印加されて発光部22が発光する。そして、発光部22で発生した光は、リフレクター14の反射面14aで反射されて各種の光学素子に与えられ、デジタルミラーディバイスや液晶から画像情報を受け取った後、投射レンズによってスクリーン上に投射される。
When the drive switch of the projector is turned on after the
このとき、超高圧放電灯12の発光部22においては、光とともに大量の熱が発生するが、発生した熱は、熱伝導率の高い金属製のリフレクター14を伝播して、外部空間へ効率よく逃がされる。したがって、超高圧放電灯12の異常加熱による動作不良を回避できる。また、熱が効率よく逃がされることによって消灯後の温度低下が促進されるので、再度点灯できるまでの待ち時間を短縮できる。
At this time, a large amount of heat is generated together with light in the
また、発光部22で発生した光が金属製のリフレクター14に照射されると、光電効果によってリフレクター14がマイナスに荷電されるので、超高圧放電灯12の発光部22内で発生した水素やナトリウム等の不純物(イオン半径の小さい陽イオン)がリフレクター14の側へ引き寄せられ、ガラス壁を通過して発光部22の外部へ引き出される。これにより、発光部22内の不純物が低減されて不純物による超高圧放電灯12の短寿命化が抑制される。
Further, when the light generated by the
また、直流点灯式の超高圧放電灯12におけるマイナス側の電気回路をリフレクター14に接続すると、リフレクター14がマイナスに荷電されるので、上述の光電効果と相俟って発光部22内の不純物(陽イオン)がより効果的に外部へ引き出されることになり、短寿命化の抑制効果が高められる。
Further, when the minus side electric circuit in the DC lighting type ultra high
また、金属製のリフレクター14は、簡単に破損することがないので、超高圧放電灯12が破裂した場合でも水銀が拡散する心配はない。
Further, since the
そして、リフレクター14の材料として、水銀と反応して「アマルガム」を生成する金属(アルミニウム、ステンレス、金、銀、亜鉛、カドミウム、鉛、ナトリウム、カリウム等)を採用した場合には、超高圧放電灯12の破裂時にリフレクター14の内側で飛散した水銀とリフレクター14とが反応して「アマルガム」が生成されるので、水銀の拡散をより確実に防止することができる。なお、「アマルガムの生成による水銀の拡散防止効果」を得るためには、リフレクター14の反射面14aに「アマルガム」を生成する金属膜を形成するようにしてもよい。
When a metal (aluminum, stainless steel, gold, silver, zinc, cadmium, lead, sodium, potassium, etc.) that reacts with mercury to form “amalgam” is adopted as the material of the
さらに、金属製のリフレクター14を用いた光源装置10では、ガラス製のリフレクターを用いた従来の光源装置(図3)よりもはるかに軽量であるため、光源装置10が組み込まれるプロジェクターを大幅に軽量化できる。
Further, since the
発明者等は、以下の試験1〜3により光源装置10の実用性を検証した。
The inventors verified the practicality of the
[試験1]…リフレクター14の強度を調べる試験
試験方法: 上述の光源装置10(図1)において、「210Wで直流点灯式」の超高圧放電灯12を採用し、「アルミナ−シリカ系」のセメント20を用いて保持部材16および封止部24をリフレクター14の放電灯取付部38に固定した。そして、「リフレクター14の材質」、「リフレクター14の肉厚」および「水銀の封入量」を変えて試料を作成した。
[Test 1] Test test method for examining the strength of the reflector 14: In the above-described light source device 10 (FIG. 1), the "210W direct current lighting type" super high
一方、図3に示した従来の光源装置1において、「210Wで直流点灯式」の放電灯2を採用するとともに、「アルミナ−シリカ系」のセメント4を採用し、「リフレクター5の肉厚」および「水銀の封入量」を変えて比較試料とした。
On the other hand, in the conventional
そして、各試料および比較試料の3個ずつについて、超高圧放電灯の破損の有無を調べた。 Then, the presence or absence of breakage of the ultrahigh pressure discharge lamp was examined for each of the three samples and the comparative sample.
試験結果: 超高圧放電灯の破損の有無は、表1の通りである。 Test results: Table 1 shows whether or not the ultra high pressure discharge lamp is damaged.
表1より、金属製のリフレクター14を用いた場合には、ガラス製のリフレクター5を用いた場合よりも、破損の発生が大幅に減少することが分かる。
From Table 1, it can be seen that when the
[試験2]…再点灯できるまでの待ち時間を調べる試験
試験方法: 上述の光源装置10(図1)において、「肉厚が2.5mm」のリフレクター14、「水銀封入量が0.19mg/mm3である210Wで直流点灯式」の超高圧放電灯12および「アルミナ−シリカ系」のセメント20を採用し、「リフレクター14の材質」を変えて試料を作成した。
[Test 2] Test test method for examining the waiting time until relighting can be performed: In the above-described light source device 10 (FIG. 1), the
一方、図3に示した従来の光源装置1において、「水銀封入量が0.19mg/mm3である210Wで直流点灯式」の放電灯2、「肉厚が6mm」のリフレクター5および「アルミナ−シリカ系」のセメント4を採用し、これを比較試料とした。
On the other hand, in the conventional
そして、各試料および比較試料について、1.5KVと2.0KVの点灯始動電圧の下で超高圧放電灯を再点灯できるまでの待ち時間を調べた。
試験結果: 超高圧放電灯を再点灯できるまでの待ち時間(「再点灯可」となるまでの時間)は、表2の通りである。
And about each sample and the comparative sample, the waiting time until an ultrahigh pressure discharge lamp can be lighted again under the lighting starting voltage of 1.5 KV and 2.0 KV was investigated.
Test results: Table 2 shows the waiting time until the ultra-high pressure discharge lamp can be relighted (time until “relighting is possible”).
表2より、金属製のリフレクター14を用いた場合には、ガラス製のリフレクター5を用いた場合よりも、再点灯できるまでの待ち時間を大幅に短縮できることが分かる。
From Table 2, it can be seen that when the
[試験3]…超高圧放電灯12の異常の有無を調べる試験
試験方法: 上述の光源装置10(図1)において、「肉厚が2.5mmでアルミニウム製」のリフレクター14、「水銀封入量が0.19mg/mm3である300Wで直流点灯式」の超高圧放電灯12および「アルミナ−シリカ系」のセメント20を採用し、これを試料とした。
[Test 3] ... Test test method for examining the presence or absence of abnormality of the ultra high pressure discharge lamp 12: In the above-described light source device 10 (FIG. 1), the
一方、図3に示した従来の光源装置1において、「水銀封入量が0.19mg/mm3である300Wで直流点灯式」の放電灯2、「肉厚が6mm」のリフレクター5および「アルミナ−シリカ系」のセメント4を採用し、これを比較試料とした。
On the other hand, in the conventional
そして、各試料および比較試料について、所定の点灯時間における超高圧放電灯の明るさの維持率(0時間のときの明るさを100とする)を測定した。なお、点灯方法は、点灯時間2時間/消灯時間15分のサイクル点灯とし、点灯時間は、実点灯時間とした。
試験結果: 超高圧放電灯の明るさの維持率は、表3の通りである。
And about each sample and the comparative sample, the maintenance rate of the brightness | luminance of the ultrahigh pressure discharge lamp in predetermined lighting time (The brightness at the time of 0 hours is set to 100) was measured. The lighting method was cycle lighting with a lighting time of 2 hours / light-off time of 15 minutes, and the lighting time was the actual lighting time.
Test results: Table 3 shows the maintenance ratio of the brightness of the ultra-high pressure discharge lamp.
表3より、金属製のリフレクター14を用いた場合には、ガラス製のリフレクター5を用いた場合よりも、超高圧放電灯の明るさの維持率を大幅に高められることが分かる。
From Table 3, it can be seen that when the
なお、上述の実施例では、リフレクター14の内面を鏡面状に仕上げることによって反射面14aを構成し、この反射面14aで光を反射するようにしているが、反射面14aに可視光反射膜を形成し、この可視光反射膜によって光を反射するようにしてもよい。また、この場合には、反射面14aと可視光反射膜との間に、水銀と反応してアマルガムを生成する金属膜や、反射面14aを滑らかにするアンダーコート膜や、可視光以外の光を吸収する光吸収膜を介在させてもよい。このような光吸収膜を介在させた場合には、反射光が可視域のみとなるので、コールドリフレクターとしての機能が付加されることになる。また、このような光吸収膜としては、赤外域および紫外域の双方を吸収するものでもよいし、いずれか一方のみを吸収するものでもよい。
In the above-described embodiment, the reflecting
可視光反射膜としては、タンタル、ニッケル、白金、銀、銀合金等のような金属からなる単層膜が用いられてもよいし、TiO2、Ta2O3、ZnS等からなる高屈折率膜とSiO2、MgF2等からなる低屈折率膜とを有する多層膜が用いられてもよい。また、これらの単層膜と多層膜とを積層させた積層膜が用いられてもよい。ただし、単層膜を「銀」で形成する場合には、「銀」単独でもよいが、ニオブ等の不純物を含むものの方がコーティングには適する。
As the visible light reflecting film, a single layer film made of a metal such as tantalum, nickel, platinum, silver, silver alloy or the like may be used, or a high refractive index film made of TiO2, Ta2O3, ZnS or the like and SiO2, A multilayer film having a low refractive index film made of
発明者等は、以下の試験4〜6により可視光反射膜による効果を確認した。
[試験4]
試験方法: 上述の光源装置10(図1)において、「肉厚が2.5mmでアルミニウム製」のリフレクター14、「水銀封入量が0.19mg/mm3である210Wで直流点灯式」の超高圧放電灯12および「アルミナ−シリカ系」のセメント20を採用し、反射面14aに4種類の可視光反射膜を形成することによって、これを試料1〜4とした。
Inventors confirmed the effect by a visible light reflective film by the following tests 4-6.
[Test 4]
Test method: In the above-described light source device 10 (FIG. 1), “
一方、反射面14aに可視光反射膜を形成していない光源装置10を準備し、これを比較試料とした。比較試料の他の条件は、試料1〜4と同じである。
On the other hand, the
そして、各試料について、光の反射特性を調べるととともに、比較試料に対する照度(明るさ)の向上率を調べた。
試験結果: 比較試料に対する照度(明るさ)の向上率は、表4に示した通りである。
And about each sample, while examining the reflective characteristic of light, the improvement rate of the illumination intensity (brightness) with respect to the comparative sample was investigated.
Test results: The improvement rate of illuminance (brightness) relative to the comparative sample is as shown in Table 4.
表4より、反射面14aに可視光反射膜を形成した場合には、可視光反射膜を形成していない場合に比べて照度(明るさ)を大幅に向上できることが分かる。
From Table 4, it can be seen that when the visible light reflecting film is formed on the reflecting
10… 光源装置
12… 超高圧放電灯
14… リフレクター
14a… 反射面
16… 保持部材
18… カバー
20… セメント
22… 発光部
24… 封止部
34… 電極
36… 取付孔
38… 放電灯取付部
40… リード線
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