JP2005243257A - Light source device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はプロジェクター装置に使う光源装置に関し、特に、0.16mg/mm3以上の水銀を封入したショートアーク型超高圧放電ランプと凹面反射鏡からなる光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device used for a projector device, and more particularly to a light source device including a short arc type ultrahigh pressure discharge lamp enclosing mercury of 0.16 mg / mm 3 or more and a concave reflecting mirror.
プロジェクター装置の光源には、ショートアーク型放電ランプと凹面反射鏡を組み合わせた光源装置が使われる。
放電ランプは高い水銀蒸気圧を持った超高圧放電ランプが使用される。これは水銀蒸気圧を高くすることで、アークの広がりを抑えるとともに、より一層の演色性や光出力が向上できるからである。
凹面反射鏡は硼珪酸ガラスなどの材料を略お椀型にしたものが使われる。凹面反射鏡の頂部には、放電ランプを保持するためのセラミックスベースが取り付けられている。一方、放電ランプの発光部の両端には封止部が一体に連設されており、この封止管の先端に口金が取り付けられる。
そして、一方の封止部が凹面反射鏡の頂部開口に挿入し、セラミックスベースと接着剤で固定される。接着剤はセラミックスベースの内周面と口金の外周面に間に充填される。また、セラミックスベースと凹面反射鏡の外周面の間にも接着剤が充填される。
このような構成を示す先行文献として、例えば、特開2002−163920号がある。
A light source device combining a short arc type discharge lamp and a concave reflecting mirror is used as a light source of the projector device.
As the discharge lamp, an ultra-high pressure discharge lamp having a high mercury vapor pressure is used. This is because by increasing the mercury vapor pressure, it is possible to suppress the spread of the arc and further improve the color rendering properties and light output.
The concave reflecting mirror is made of a material such as borosilicate glass that has a substantially bowl shape. A ceramic base for holding the discharge lamp is attached to the top of the concave reflecting mirror. On the other hand, sealing portions are integrally provided at both ends of the light emitting portion of the discharge lamp, and a base is attached to the tip of the sealing tube.
One sealing portion is inserted into the top opening of the concave reflecting mirror and fixed with the ceramic base and an adhesive. The adhesive is filled between the inner peripheral surface of the ceramic base and the outer peripheral surface of the die. The adhesive is also filled between the ceramic base and the outer peripheral surface of the concave reflecting mirror.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-163920 is a prior document showing such a configuration.
最近では、プロジェクター装置の小型化が強く要請される。このため、プロジェクター装置内における光源装置の配置スペースも制限されてしまい、また、密集した部品の中に光源装置が配置される。
プロジェクター装置の小型化に対応できる光源装置を提供することである。 It is an object of the present invention to provide a light source device that can cope with downsizing of a projector device.
上記課題を解決するために、この発明に係る光源装置は超高圧放電ランプと凹面反射鏡から構成される。超高圧放電ランプは、石英ガラスからなる発光部と、この発光部の両端に連接された封止部と、前記発光部の内部に2.0mm以下の距離で対向配置した一対の電極と、前記発光部の中に封入された0.16mg/mm3以上の水銀とからなる。凹面反射鏡は、前記超高圧放電ランプの少なくとも発光部を取り囲む略お椀型の反射部と、この反射部の頂部に形成されるとともに前記超高圧放電ランプの一方の封止部が挿入固定される頂部とからなる。そして、凹面反射鏡の頂部には、セラミックベースを介在させてもしくは直接に、剛性の金属製保持部材が取付られて、この剛性の金属製保持部材の一部に頂部に固定された封止部から突出して伸びる給電用モリブデン製リードが直接接合される。 In order to solve the above-described problems, a light source device according to the present invention includes an ultrahigh pressure discharge lamp and a concave reflecting mirror. The ultra-high pressure discharge lamp includes a light emitting part made of quartz glass, a sealing part connected to both ends of the light emitting part, a pair of electrodes disposed facing each other at a distance of 2.0 mm or less inside the light emitting part, It consists of 0.16 mg / mm 3 or more of mercury enclosed in the light emitting part. The concave reflecting mirror is formed in a substantially bowl-shaped reflecting portion that surrounds at least the light emitting portion of the ultra-high pressure discharge lamp, and at the top of the reflecting portion, and one sealing portion of the ultra-high pressure discharge lamp is inserted and fixed. It consists of a top. Then, a rigid metal holding member is attached to the top of the concave reflecting mirror via a ceramic base or directly, and a sealing portion fixed to the top of a part of the rigid metal holding member. Molybdenum lead for power supply that protrudes from and extends directly.
上記構成によれば、放電ランプに口金を使わないため、光源装置全体の長さが短くなり、結果としてプロジェクター装置の小型化に対応した光源装置を提供できる。また、剛性の金属製保持部材を使うことから給電用リードとの接合部に機械的負荷が生ずることもない。 According to the above configuration, since the base is not used for the discharge lamp, the entire length of the light source device is shortened, and as a result, a light source device corresponding to miniaturization of the projector device can be provided. Further, since a rigid metal holding member is used, no mechanical load is generated at the joint with the power supply lead.
図1は第一の発明である光学装置を説明するための概略構成図を示す。
光学装置は、ショートアーク型超高圧放電ランプ1(以後、単に「放電ランプ」ともいう)と、この放電ランプ1を取り囲む凹面反射鏡2より構成され、凹面反射鏡2の光軸Lと放電ランプ1のアーク方向がほぼ一致するとともに、放電ランプ1のアーク輝点が凹面反射鏡2の第一焦点に一致するよう配置される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining an optical device according to a first invention.
The optical device includes a short arc type ultra-high pressure discharge lamp 1 (hereinafter also simply referred to as “discharge lamp”) and a concave reflecting
放電ランプ1の放電容器は、大略球状の発光部10と、この発光部10の両端に続くロッド状の封止部11a、11bにより構成されており、発光部10内には、陽極3と陰極4が互いに対向配置している。放電ランプ1の陽極側封止部11aは凹面反射鏡2の頂部21の開口に挿入される。凹面反射鏡2の頂部外周にはセラミックベース14を取り付けられ、陽極側封止部11aの外周面と、凹面反射鏡2の頂部21及びセラミックベース12の内周面の間に接着剤13が充填される。
The discharge vessel of the
封止部11aの先端からはモリブデン製給電リード15が突出しており、剛性の金属製保持部材16にハンダ溶接などで接合している。剛性の金属製保持部材16には給電線17が接合される。給電線17の他端は給電装置(図示略)に接続される。なお、セラミックベース14と凹面反射鏡2も接着剤で固定される。接着剤はアルミナシリカ系の無機接着剤などが採用される。また、封止部11b側のリードにも給電線が取り付けられて、反射鏡2の一部に設けた穴から外部に抜ける構造になるが、図においては省略している。
A molybdenum power supply lead 15 protrudes from the tip of the sealing portion 11a and is joined to a rigid
反射鏡2は全体が概略お椀状の楕円集光鏡であって、頂部21と前面開口部22より構成される。前面開口22は光を放射するために必要であり、頂部21にも放電ランプを取り付けるために開口が形成される。反射鏡2の内面には、例えば、酸化チタン(TiO2)とシリカ(SiO2)の誘電体多層膜が形成されており、所望の波長を反射する機能を有するとともに、反射鏡2の焦点位置は放電ランプ1のアーク輝点に位置している。反射鏡の材質は、例えば、ホウケイ酸ガラスが採用されるが、アルニミウムなどの金属部材やセラムミックスなどで反射鏡を構成してもよい。反射鏡2の前面開口部22には、例えば、ホウ珪酸ガラスなどからなる光透過性の前面ガラス23が装着されている。この前面ガラス23を設けることで反射鏡2の内部を密閉構造にできる。このため、万一、放電ランプ1が破損した場合などにおいて、破片が散乱することを防止できる。なお、前面ガラス23は必須のものではなく、放電ランプを冷却する必要性が高い場合などにおいて前面ガラスを設けない構造も採用できる。さらに、前面ガラス23は設けるが内部を完全に密閉構造をするのではなく、一部に冷却用開口を設けることもできる。
The reflecting
図2は光源装置であって凹面反射鏡の頂部を上方に配置した状態を示す。給電線は省略している。
図1と図2において、封止部11aから突出するモリブデン製給電リード15(以下、単に「リード」ともいう)は、外部空間に露出しており、金属製保持部材16に接合される。この構造が本願発明の特徴であり、この構造によってリード15が動くことなく強固に保持される。
FIG. 2 shows a light source device in which the top of the concave reflecting mirror is arranged upward. The power supply line is omitted.
1 and 2, a molybdenum power supply lead 15 (hereinafter also simply referred to as “lead”) protruding from the sealing portion 11 a is exposed to the external space and is joined to the
図3は本発明のリード保持構造を説明するため便宜上、本発明の範囲に含まれない構造を示す。
図においてリード15と給電線17を直接接続すると、給電線17の引き回し応じて、リード15も15’、15’’に示すように動いてしまう。このようなリード15の動きは、封止部11aを破損させること、リード15が折れること、モリブデン箔32が酸化するなどの問題が発生する。
給電線17の先端は、ソケットなどが装着されており、プロジェクター装置内に設置された給電機構と接続しなければならない。前記したように光源装置は、小型化が進むプロジェクター装置の内部に他の部品とともに密集状態で配置されるため、この接続作業は容易なものではない。また、小型化の要請から給電線も最小限の長さで設計されており、上記接続作業でリード15に与える負荷ははかりしれないものとなる。
本発明者は、このような課題に基いて、リード15を給電線と直接接続するのではなく、剛性の金属製保持部材16に接続させる構造を発明したわけである。
FIG. 3 shows a structure not included in the scope of the present invention for the sake of convenience in explaining the lead holding structure of the present invention.
In the figure, when the
A socket or the like is attached to the tip of the
The present inventor has invented a structure in which the
ここで、封止部11aの先端からリード15を露出して突出させるのではなく、口金を設ける構造も考えられる。従来例として紹介した特開2002−163920号参照。
しかし、口金を設けると放電ランプの全長は必然的に長くなってしまい、リード15に関する上記問題は発生しないものの、プロジェクター装置の小型化に対応できる光源装置を提供することができない。
Here, instead of exposing and projecting the
However, when the base is provided, the entire length of the discharge lamp is inevitably long, and the above-described problem with respect to the
本発明は、封止部11aの端部から露出して伸びるリード15が露出後、短い距離において金属製保持部材16で保持されることを特徴としている。
そして、金属製保持部材16は、最も好ましい形態として、概略コ字型形状の薄板よりなり、各端部がセラミックベースに設けられた溝部18に適合して固定される。
なお、給電線17の取付(接合)位置は、図1に示す位置に限定されない。プロジェクター装置内部の給電ソケットの配置との関係で適宜最適な位置に設けることができる。また、ハンダ接合に限定されるものではなく、ネジ止めなどで固定することもできる。
The present invention is characterized in that the
And as a most preferable form, the
In addition, the attachment (joining) position of the
図4は概略コ字型形状の薄板よりなる金属製保持部材16の概略構成を示す。
(a)は図1および図2に示した金属製保持部材を示し、(b)は他の実施例であってリードが貫通する穴19を設けた構造を示す。
(b)の場合は給電線用の穴を設けることでモリブデン製給電リードと金属製保持部材16の接合も強固なものとできるという利点を有する。また、給電線用の穴を設けることで給電線と金属製保持部材16の接合も強固なものとできる。
FIG. 4 shows a schematic configuration of the
(A) shows the metal holding member shown in FIG. 1 and FIG. 2, and (b) shows a structure according to another embodiment provided with a
In the case of (b), there is an advantage that the connection between the molybdenum power supply lead and the
概略コ字型形状の薄板よりなる金属製保持部材について、数値例をあげると、図4(a)に示す長さ16aは、10mm〜20mmの範囲から選択できて、例えば15mm、16bは20mm〜30mmの範囲から選択できて、例えば25mm、16cは、1mm〜5mmの範囲から選択できて、例えば3mm、16dは10mm〜25mmの範囲から選択できて、例えば20mmである。 Regarding a metal holding member made of a roughly U-shaped thin plate, taking a numerical example, the length 16a shown in FIG. 4A can be selected from a range of 10 mm to 20 mm, for example, 15 mm, 16b is 20 mm to For example, 25 mm and 16 c can be selected from the range of 1 mm to 5 mm, and 3 mm and 16 d can be selected from the range of 10 mm to 25 mm, for example, 20 mm.
また、金属製保持部材16は、リード15と給電線17に挟まれて給電経路の一部を形成することから導電性材料でなければならない。また、リード15を固定するだけの剛性を有するものでなければならない。金属製保持部材の材料としては、鉄、銅、アルミニウム、ニッケルなどを使うことができ、中でも、ニッケルが優れている。
The
リードについても説明すると、φ0.5mm程度のものであり、封止部11aから、例えば5mm程度露出して伸びている。なお、リードは通常モリブデンが採用される。これは耐熱性に優れているからである。 The lead will also be described. The lead has a diameter of about 0.5 mm and extends from the sealing portion 11a, for example, by about 5 mm. The lead is usually made of molybdenum. This is because of excellent heat resistance.
図5は剛性の金属製保持部材の他の実施例を示す。
(a)は保持部材16がセラミックベースに装着されるリング部161と、細長の接合部162よりなる。この構造の利点はリング状の部分が放熱板となり、セラミックベース部や反射鏡の温度を下げることができる点である。なお、給電線はリング部161に接合されてもよいし、接合部162に接合されてもよい。
(b)は保持部材16が金属製キャップよりなる。金属製キャップは、セラミックスベース14の外表面にほぼ適合しており、底面の中心にはリード15が貫通する穴を有しておるリード15が当該穴を貫通した状態でハンダなどで接合される。
FIG. 5 shows another embodiment of a rigid metal holding member.
(A) includes a
In (b), the holding
ここで、放電ランプ1について説明する。図4は本発明の光源装置に使われる高圧放電ランプの全体構成を示す。
放電ランプ1は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された大略球形の発光部10を有し、この発光部10内には、陰極3と陽極4が互いに対向するよう配置している。また、発光部10の両端部から伸びるよう各々封止部11(11a,11b)が形成され、これらの封止部11には、通常モリブデンよりなる導電用金属箔31が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。金属箔31の一端は陰極3あるいは陽極4が接合しており、金属箔31の他端はリード15が接合している。
陰極3の先端にはコイルが巻きつけられる。このコイルはタングステンからなり、強固に巻き付けるかあるいは溶着させて構成する。コイルは点灯始動時は表面の凹凸効果により始動の種(始動開始位置)として機能するとともに、点灯後は表面の凹凸効果と熱容量によって放熱機能を担っている。
Here, the
The
A coil is wound around the tip of the
発光部1には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。
水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長400〜700nmという放射光を得るためのもので、0.25mg/mm3以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時150気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧200気圧以上、300気圧以上という高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現することができる。
希ガスは、例えば、アルゴンガスが約13kPa封入され、点灯始動性を改善する。
ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀その他の金属との化合物の形態で封入する。ハロゲンの封入量は、例えば、10−6〜10−2μmol/mm3の範囲から選択できるものであって、その機能はハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、本発明の放電ランプのように極めて小型で高い内圧を有するものは、ハロゲンを封入することで放電容器の破損、失透の防止という作用があると考えられる。
The
Mercury is used to obtain a necessary visible light wavelength, for example, radiated light having a wavelength of 400 to 700 nm, and is contained in an amount of 0.25 mg / mm 3 or more. Although the amount of sealing varies depending on the temperature condition, the vapor pressure becomes extremely high at 150 atm or higher when the lamp is turned on. In addition, by enclosing more mercury, it is possible to make a discharge lamp with a high mercury vapor pressure of 200 atm or higher and 300 atm or higher when the lamp is turned on. The higher the mercury vapor pressure, the more suitable the light source suitable for the projector device. Can be realized.
As the rare gas, for example, argon gas is sealed at about 13 kPa, and the lighting startability is improved.
As for halogen, iodine, bromine, chlorine and the like are enclosed in the form of a compound with mercury or other metals. The amount of enclosed halogen can be selected from the range of, for example, 10 −6 to 10 −2 μmol / mm 3 , and its function is to extend the life using the halogen cycle. Such an extremely small and high internal pressure is considered to have an effect of preventing breakage and devitrification of the discharge vessel by enclosing halogen.
放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の外径はφ6.0〜15.0mmの範囲から選ばれて例えば9.5mm、電極間距離は0.5〜2.0mmの範囲から選ばれて例えば1.5mm、発光管内容積は40〜300mm3の範囲から選ばれて例えば75mm3である。点灯条件は、例えば、管壁負荷0.8〜2.0W/mm2範囲から選ばれて例えば1.5W/mm2であり、定格電圧80V、定格電力200Wである。
また、この放電ランプは、小型化するプロジェクター装置などに内蔵されるものであり、全体構造が極めて小型化される一方で高い光量が要求される。したがって、発光部内の熱的条件は極めて厳しいものとなる。
そして、放電ランプは、プロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテーション用機器に搭載され、演色性の良い放射光を提供する。
As an example of the numerical value of the discharge lamp, for example, the outer diameter of the light emitting part is selected from the range of φ6.0 to 15.0 mm, for example, 9.5 mm, and the distance between the electrodes is selected from the range of 0.5 to 2.0 mm. is by example 1.5 mm, the arc tube volume is 75 mm 3, for example, selected from a range of 40~300mm 3. The illumination condition, for example, a chosen from the wall load 0.8~2.0W / mm 2 range, for example, 1.5 W / mm 2, the rated voltage 80V, the rated power 200 W.
In addition, this discharge lamp is built in a projector device or the like that is miniaturized, and the entire structure is extremely miniaturized, but a high amount of light is required. Therefore, the thermal conditions in the light emitting part are extremely severe.
The discharge lamp is mounted on a presentation device such as a projector device or an overhead projector, and provides emitted light having good color rendering properties.
なお、上記実施例では凹面反射鏡にセラミックベースを取り付けて、このセラミックベースに金属製保持部材を装着する構成について説明した。
しかし、セラミックベースを取り付けることなく、金属製保持部材を凹面反射鏡の頂部に直接に取り付ける構造でもかまわない。
In the above embodiment, the configuration in which the ceramic base is attached to the concave reflecting mirror and the metal holding member is attached to the ceramic base has been described.
However, a structure in which the metal holding member is directly attached to the top of the concave reflecting mirror without attaching the ceramic base may be used.
また、本願発明に係る光源装置の放電ランプは、図6に示す直流点灯型放電ランプに限定されるものではなく、交流点灯型放電ランプを採用することもできる。また、直流点灯型放電ランプにおいては陽極を凹面反射鏡の根元に配置する構造に限定されるものではなく、陰極を凹面反射鏡の根元に配置する構造であってもかまわない。 Further, the discharge lamp of the light source device according to the present invention is not limited to the DC lighting type discharge lamp shown in FIG. 6, and an AC lighting type discharge lamp can also be adopted. Further, the direct current lighting type discharge lamp is not limited to the structure in which the anode is disposed at the base of the concave reflecting mirror, and may be the structure in which the cathode is disposed at the base of the concave reflecting mirror.
1 放電ランプ
2 凹面反射鏡
3 陰極
4 陽極
10 発光部
11 封止部
13 接着剤
14 セラミックベース
15 モリブデン製給電リード
16 金属製保持部材
17 給電線
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記超高圧放電ランプは、石英ガラスからなる発光部と、この発光部の両端に連接された封止部と、前記発光部の内部に2.0mm以下の距離で対向配置した一対の電極と、前記発光部の中に封入された0.16mg/mm3以上の水銀とからなり、
前記凹面反射鏡は、前記超高圧放電ランプの少なくとも発光部を取り囲む略お椀型の反射部と、この反射部の頂部に形成されるとともに前記超高圧放電ランプの一方の封止部が挿入固定される頂部とからなり、
前記凹面反射鏡の頂部には、セラミックベースを介在させてもしくは直接、剛性の金属製保持部材が取付けられるとともに、この剛性の金属製保持部材の一部に前記頂部に固定された封止部から突出して伸びる給電用モリブデン製リードが直接接合されることを特徴とする光学装置。 In an optical device composed of an ultra-high pressure discharge lamp and a concave reflector,
The ultra-high pressure discharge lamp includes a light emitting portion made of quartz glass, a sealing portion connected to both ends of the light emitting portion, a pair of electrodes disposed opposite to each other at a distance of 2.0 mm or less inside the light emitting portion, Consisting of 0.16 mg / mm 3 or more of mercury enclosed in the light emitting part,
The concave reflecting mirror is formed on a substantially bowl-shaped reflecting portion that surrounds at least a light emitting portion of the ultra-high pressure discharge lamp, and on the top of the reflecting portion, and one sealing portion of the ultra-high pressure discharge lamp is inserted and fixed. And the top
A rigid metal holding member is attached to the top of the concave reflecting mirror directly or via a ceramic base, and a sealing part fixed to the top on a part of the rigid metal holding member. An optical device characterized in that a power supply molybdenum lead that protrudes and extends is directly bonded.
2. The optical apparatus according to claim 1, wherein the metal holding member is made of a thin plate having an approximately U-shaped overall shape, and each end is adapted to a groove formed at the top of the concave reflecting mirror.
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