JP2006302549A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性がよく、反射効率が高く、かつ、クラックが発生しにくく信頼性が高い反射鏡を備えた光源装置を提供する。
【解決手段】 内面に反射面を有し、外部にネック部を有し、ネック部にダブルエンド型の高圧放電ランプを貫通させて固定するための取り付け穴を有する反射鏡であって、取り付け穴は、型押し成形されたテーパー部及び切削加工された円筒形状部からなり、テーパー部の大きい方の開口部が反射面に位置し、テーパー部の小さい方の開口部が円筒形状部に接続され、テーパー部と円筒形状部とが略同一の内径で接続される構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射鏡と組み合わせて用いる映像用機器、光学用機器等の分野で、光学的な効率を向上した光源装置に関する。

近年、光学的効率を向上した光源装置は、主にプロジェクター、プロジェクションＴＶ、映写機などに使用されている。
そして、反射型ランプを使用したプロジェクターはテレビ（ＣＲＴ）やＯＨＰの代替として普及しつつある。特に、液晶プロジェクター、ＤＬＰプロジェクターの普及は著しい。このようなプロジェクターに対する要求として、高解像度、高精細とともに、明るさの向上、照射画面の均一性、小型軽量、低コストなどがある。

そのような小型軽量、明るさの向上という要求に対応するため、各プロジェクターに用いられるＬＣＤパネルの透過率、ＤＭＤチップの反射率の向上は著しく、より小型の素子での特性向上が図れるようになってきている。
それに伴って、光源装置もさらなる小型化、高出力化そして低コスト化を要求されている。

上記要求を達成するための一つの対策として、光源装置を構成する反射鏡とそれに固定されるランプ（発光管）との接着構造・方法を改良することが検討されてきている。
上記の用途の光源装置においては、一般に、内部に発光物質が封入された発光管の両端から延在した２箇所の封止部を有するダブルエンド型の高圧放電ランプ（以下、「ランプ」という）を用いて、そのランプを反射鏡外部に設けられたネック部に貫通固定するものが多く使用されている。ここで、反射鏡は硬質ガラスであり、ランプを貫通固定するための取り付け穴の作製方法としては、型押し成形や切削加工が用いられる。なお、型押し成形の場合は、成形の最後に型を抜くためにその成形部分が約３度以上の勾配を有していなければならない。

図４は従来用いられてきた光源装置の構造を説明するものである。図４（ａ）に示すように反射鏡４は内面に反射面４１、外部にネック部４２を備え、ネック部４２に開けられた取り付け穴に発光管１を固定するものである。図４（ｂ）〜（ｅ）は各従来例を説明するに当たり、図４（ａ）の点線部５０、即ち、発光管１の固定部を拡大したものである。
従来例には、図４（ｂ）に示すように、取り付け穴を反射面逆側にて型押し成形したもの、即ち、取り付け穴の反射面側開口部の方が他方の開口部よりも小さいものがある（特許文献１）。また、逆に、図４（ｃ）に示すように、取り付け穴を反射面側から型押し成形したもの、即ち、取り付け穴の反射面側開口部の方が他方の開口部よりも大きいものも考えられる。さらに、図４（ｄ）に示すように、取り付け穴全体を切削加工して取り付け穴を中心軸に平行にしたものもある（特許文献２）。またさらに、図４（ｅ）に示すように図４（ｃ）のような構造においてさらに反射面逆側から切削加工を施したものもある（特許文献３）。
特開平６−２０３８０６号公報 特開２００４−１４６０８７号公報 特開２００２−６２５８６号公報

上記のように、発光管を反射鏡のネック部に設けられた取り付け穴に固定する方法には種々のやり方があるが、ここで、発光管を取り付け穴に固定するための必須の条件及び好適な条件を整理すると以下のことが言える。

第１に、取り付け穴の加工性、即ち、反射鏡の生産性が良くなくてはならない。型押し成形の場合、成形の際に型を抜くために約３度以上のテーパーをつけなくてはならない。従って、反射鏡の中心軸（ここでは結果的に光軸と一致する）に対して平行な貫通穴などは型押し加工では作成することはできない。そのような中心軸に平行な取り付け穴の加工には切削加工が用いられる。
従って、製作には適度のテーパーをつけた型押し成形と切削加工とを効果的に組み合わせることが要求される。

第２に、反射面の反射効率を良くしなくてはならない。言い換えると、反射面においては、貫通した発光管と取り付け穴との間の隙間をできるだけ小さくし、反射面の面積をできるだけ大きくしたほうが良い。また、発光管を接着した際の接着剤が反射面側にはみ出るようでは、反射効率は当然に落ちてしまう。従って、接着剤を充填する際にはその終端が取り付け穴内部の適当な位置で止まるようにしなければならない。
即ち、取り付け穴の反射面側の開口部をできるだけ小さくすること、及び容易な接着剤の充填境界位置制御が要求される。

第３に、使用中の信頼性を確保する必要がある。この取り付け穴周辺はランプのＯＮ／ＯＦＦによるヒートサイクルに晒されることから、耐ヒートサイクル性を増し、ヒートサイクルに起因するネック部のクラックを回避する必要がある。ネック部にクラックが発生するメカニズムとしては主に以下の３つがある。（１）接着剤が不均一に充填された場合、接着剤の膨張によってもたらされるネック部への応力が接着剤の厚さによって異なり、或る一箇所にその応力が集中することになるとクラック発生の原因になる。（２）取り付け穴の形状において急な変化を持つ箇所がある場合、その近辺で応力集中箇所が発生し、クラック発生の原因になる。（３）切削加工した場合、そのガラス表面に微小な凹凸が残っているが、この凹凸部に発光管からの光が直接当たると被照射部の温度が急激に上昇し、クラックが発生することがある。切削加工部分が接着剤で覆われていれば、被照射部の熱容量が増えるために温度上昇が抑えられ、クラックは発生しない。
従って、取り付け穴は、接着剤が内部でできるだけ均一に充填される構造とすること、急激な形状の変化のない構造とすること、及び切削加工面をできるだけ露出しないようにすることがクラック防止の好適な構造となる。

上記の従来技術について考察してみると、図４（ｂ）に示す例では、生産性及び反射効率については、好適なものとなるが、接着剤がテーパー部に充填されるので、その厚さの不均一性からネック部のある部分に膨張伸縮の応力が集中し、そこにクラックが発生し易くなるというディメリットがある。図４（ｃ）に示す例でも図４（ｂ）に示すものと同様ディメリットがあるほか、取り付け穴の反射面側開口部が大きくなってしまい、反射面の面積が減ることから反射効率が低下してしまうというディメリットがある。

また、図４（ｄ）に示す例では、生産性、反射効率ともに良好なものとなる反面、充填境界位置制御が難しくなるというディメリットがある。即ち、接着剤を充填した後、充填剤の終端が取り付け穴の中にある場合、残りの露出した切削面でクラックが発生しやすくなる。一方、これを防止しようとするがために接着剤が反射面側にはみ出た場合は反射効率が落ちることになる。従って、好適に発光管を固定するためには、接着剤の終端を反射面に一致させなければならないことになるが、そのような微妙な充填境界位置制御は非常に困難である。

また、図４（ｅ）に示す例では、テーパー部の小さい方の開口部が反射面側に寄っているためテーパー部の反射面側開口部を小さくすることができるので反射効率を維持することはできる。しかし、テーパー部と切削加工した円筒形状部との接続部分で急激な形状変化を持っているので、この場合は点Ａに応力が集中してしまう等、クラックが発生しやすくなるというディメリットがある。また、生産性についても、型押し成形と切削加工を組み合わせているものの、切削加工の深さ、即ち、円筒形状部の高さ方向の制御などが必要であり、やや製作工程が複雑になるというディメリットもある。

本発明は上記ディメリットを解消するためになされたものである。
本発明の第１の側面は、内面に反射面を有し、外部にネック部を有し、ネック部にダブルエンド型の高圧放電ランプを貫通させて固定するための取り付け穴を有する反射鏡であって、取り付け穴は、型押し成形されたテーパー部及び切削加工された円筒形状部からなり、テーパー部の大きい方の開口部が反射面に位置し、テーパー部の小さい方の開口部が円筒形状部に接続され、テーパー部と円筒形状部とが略同一の内径で接続された反射鏡である。また、テーパー部と円筒形状部との接続部において、テーパー部と円筒形状部とのなす角を１７３度以上１７７度以下とした。

本発明の第２の側面は、内面に反射面を有し、外部にネック部を有し、ネック部にダブルエンド型の高圧放電ランプを貫通させて固定するための取り付け穴を有する反射鏡であって、取り付け穴は、型押し成形されたテーパー部及び切削加工された円筒形状部からなり、テーパー部の大きい方の開口部が反射面側に位置し、テーパー部の小さい方の開口部が円筒形状部に接続され、取り付け穴の中心軸に沿った断面図において、テーパー部と円筒形状部との境界が半径１ｍｍ以上の円弧にて接続される構造の反射鏡である。

本発明の第３の側面は、上記第１又は第２の側面の反射鏡、及びその反射鏡に光軸を合わせて固定されるダブルエンド型高圧放電ランプを備えた光源装置であって、取り付け穴に高圧放電ランプを固定するための接着剤が円筒形状部全体を覆うように充填された光源装置である。

本発明の第４の側面は、上記第３の側面の光源装置、その光源装置に電力を供給する電源ユニット、並びに光源装置及び電源ユニットを収納する筐体を備えたプロジェクターである。

本発明の第５の側面は、内面に反射面を有し、外部にネック部を有し、ネック部にダブルエンド型の高圧放電ランプを貫通させて固定するための反射鏡を成形する方法であって、 型押し成形によりネック部にテーパー状の開口部を反射面側に設ける工程、及び切削加工によりネック部をテーパー部と同軸に通し穴加工して円筒形状部を設ける工程からなる方法である。

本発明の第６の側面は、上記第５の側面の方法により形成された反射鏡にダブルエンド型高圧放電ランプを固定して光源装置を製造する方法であって、円筒形状部に高圧放電ランプを挿入する工程、及び円筒形状部と該高圧放電ランプとの隙間に反射面と逆側から接着剤を充填する工程からなる方法において、接着剤が円筒形状部全体を覆うように充填されるような方法である。

上記のように構成することにより、生産性がよく、反射効率が高く、しかも、クラックが発生しにくく信頼性が高い反射鏡を備えた光源装置を得ることができる。

実施例１．
図１は第１の実施例に係る光源装置の光軸に沿った方向の断面図である。図において、１は石英ガラス製発光管（以下、「発光管」という）であり、発光管１の両端には電極２ａ及び２ｂが封止部に埋め込み固定されている。電極２ａ、２ｂ間距離、即ち、アーク長は１．０ｍｍである。発光管１の中には封入物としてハロゲンガス、水銀、始動用アルゴンが封入されている。なお、３ａ及び３ｂは電極２ａ及び２ｂに接続されたモリブデン箔であり、電力供給線７に接続され、電源となる安定器に接続されている。
４はダイクロイック反射鏡であり、反射面４１、ネック部４２及びネック部４２に設けられた取り付け穴４３を備えている。発光管１は取り付け穴４３にアルミナ、シリカを主成分とする無機系耐熱接着剤５で固定されている。６は受け台である。

なお、本実施例に用いる光源装置は専用電子安定器を用いて電力２５０Ｗで水平点灯するものである。また、反射鏡は従来例と同様に膨張係数を比較的低く抑えた耐熱性の高い結晶化硝子又はアルミナシリケート硝子などを使用し、外形５０ｍｍ×５０ｍｍで焦点距離Ｆは７ｍｍである。

図２は取り付け穴４３の拡大図である。取り付け穴４３は反射面４１側に広い方の開口部を持つテーパー部４３ａとテーパー部４３ａに接続された円筒形状部４３ｂからなる。ここで、テーパー部４３ａは型押し成形されたものであり、円筒形状部４３ｂは後加工にてドリルでストレートに切削加工したものである。テーパー部４３ａは型押し成形の必要条件として中心軸から約５度の傾斜を持っている。

接着剤５は円筒形状部４３ｂを全体的に覆うように充填されているが、テーパー部４３ａに多少はみ出ても問題ない。円筒形状部４３ｂの長さは発光管１を接着するのに十分な長さにするとともに、半径は円筒形状部４３ｂと発光管封止部との間に接着剤５が充填されることを考慮した寸法に設定するものとする。

反射鏡４の製作工程を説明する。まず、型押し成形によってテーパー部４３ａを形成し、次にドリルなどで通し穴加工することにより円筒形状部４３ｂを加工し、これにより取り付け穴４３が貫通する。そして、発光管１を取り付け穴４３に挿入し、円筒形状部４３ｂ側から発光管１と円筒形状部４３ｂとの隙間に接着剤５を充填する。接着剤５が固まると発光管１の反射鏡４への固定が完了する。
ここで、上記のドリルなどによる通し穴加工において、反射面４１側からドリルを通す場合、テーパー部４３ａを案内穴として利用することができる。これにより、穴あけ用ドリルがテーパー部４３ａによって確実に位置決めされるため、ガラス壁を突き破る穴あけ加工においてもドリル軸心のブレが無く、確実かつ簡単に加工できる。従って、例えば、通常の手動ボール盤を用いた場合でも自動的に穴加工の位置決めが簡単にでき、好適である。もちろん、ドリルを反射面４１の反対側から通しても、上記のようなメリットはないが、加工は可能である。

ここで、テーパー部４３ａは中心軸から５度傾斜していることから円筒形状部４３ｂとの接続部において両者のなす角αは約１７５度になる。また、その接続部をヤスリなどで丸めて半径約１ｍｍ以上の円弧によって連結するようにすれば、接続部への応力の集中をより緩和するものとなり好適なものとなる。なお、上記の角αについては、前述したように型押し成形のために１７７度以下でなくてはならず、取り付け穴４３の開口面積を小さくして反射効率を確保するためには１７３度以上であることが望ましい。

上記の構造によると、型押し成形と切削加工によって反射鏡が作製されるので生産性の良い反射鏡を得ることができる。また、切削加工はドリルなどで通し穴加工すればよいので図４（ｅ）のもの等に比べて加工コストが安価なものとなる。また、ドリルを反射面側から通せばドリル中心軸の位置決めが容易になる。
また、反射効率についても、テーパー部の小さい方の開口部が反射面４１寄りにあるので反射面４１における開口部は大きくはならず、反射面の面積、即ち、反射効率を保つことができる。また、接着剤５の終端はテーパー部４３ａに多少はみ出る辺りに来ればよいので、厳密な充填境界制御をしなくても接着剤５が反射面４１にはみ出ないようにすることもでき、これにより反射効率を損ねる要因を排除できる。

さらに、信頼性について、円筒形状部４３ｂ全体に接着剤５が充填されるので、切削加工面が露出しないことから、切削加工部周辺のクラックを防止することができる。これと同時に、テーパー部４３ａに接着剤５がほとんど充填されないので、接着剤５の厚さ不均一による応力の集中もなくクラックの発生を防止できる。さらに、テーパー部４３ａと円筒形状部４３ｂとの接続部に急激な形状の変化がなく、むしろ、なだらかなものとしているので、ネック部における熱膨張による応力集中を回避でき、これによりクラックの発生を防止することができる。これにより高い耐ヒートサイクル性、ひいては高い信頼性を得ることができる。

なお、実施例においてはショートアーク型の水銀灯を用いたが、同様な構造を持つメタルハライドランプやキセノンランプを用いてもよい。

実施例２．
実施例１においては、反射鏡４、発光管１などからなる光源装置を示したが、第２の実施例ではそのような光源装置を用いたプロジェクターを示す。
図３は本実施例のプロジェクターを示す図である。上述の光源装置１１と発光管１を点灯するための電子安定器１２とが筐体１３に内蔵され所定の位置に固定されている。なお、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。また、光源装置１１における詳細な接着部分などは説明の便宜のため省略して図示している。さらに、図示されない他の映像系の部材等は適宜配置可能である。

実施例１で示したような耐ヒートサイクル性の高い光源装置を用いるので、プロジェクターを小型化して内部の温度上昇又は温度変化が大きくなっても光源装置及びプロジェクター全体の信頼性向上を図ることができる。

本発明第１の実施例に係る光源装置を示す図である。 本発明第１の実施例を説明する図である。 本発明第２の実施例に係るプロジェクターを示す図である。 従来の光源装置の図である。 従来の光源装置の図である。 従来の光源装置の図である。 従来の光源装置の図である。 従来の光源装置の図である。

符号の説明

１．発光管 ２ａ、２ｂ．電極 ３ａ、３ｂ．モリブデン箔 ４．反射鏡 ５．無機系耐熱接着剤 ６．受け台 ７．電力供給線 １１．光源装置 １２．電子安定器 １３．筐体 ４１．反射面 ４２．ネック部 ４３ａ．テーパー部 ４３ｂ．円筒形状部

Claims (7)

1. 内面に反射面を有し、外部にネック部を有し、該ネック部にダブルエンド型の高圧放電ランプを貫通させて固定するための取り付け穴を有する反射鏡であって、
   該取り付け穴は、型押し成形されたテーパー部及び切削加工された円筒形状部からなり、
   該テーパー部の大きい方の開口部が該反射面に位置し、該テーパー部の小さい方の開口部が該円筒形状部に接続され、
   該テーパー部と該円筒形状部とが略同一の内径で接続されたことを特徴とする反射鏡。
2. 請求項１記載の反射鏡において、該テーパー部と該円筒形状部との接続部において、該テーパー部と該円筒形状部とのなす角が１７３度以上１７７度以下であることを特徴とする反射鏡。
3. 内面に反射面を有し、外部にネック部を有し、該ネック部にダブルエンド型の高圧放電ランプを貫通させて固定するための取り付け穴を有する反射鏡であって、
   該取り付け穴は、型押し成形されたテーパー部及び切削加工された円筒形状部からなり、
   該テーパー部の大きい方の開口部が該反射面側に位置し、該テーパー部の小さい方の開口部が該円筒形状部に接続され、
   該取り付け穴の中心軸に沿った断面図において、該テーパー部と該円筒形状部との境界が半径１ｍｍ以上の円弧にて接続されていることを特徴とする反射鏡。
4. 請求項１から請求項３いずれか一項に記載の反射鏡、及び該反射鏡に光軸を合わせて固定されるダブルエンド型高圧放電ランプを備えた光源装置であって、
   前記取り付け穴に該高圧放電ランプを固定するための接着剤が該円筒形状部全体を覆うように充填されたことを特徴とする光源装置。
5. 請求項４記載の光源装置、該光源装置に電力を供給する電源ユニット、並びに該光源装置及び該電源ユニットを収納する筐体を備えたことを特徴とするプロジェクター。
6. 内面に反射面を有し、外部にネック部を有し、該ネック部にダブルエンド型の高圧放電ランプを貫通させて固定するための反射鏡を成形する方法であって、
   型押し成形により、該ネック部にテーパー状の開口部を該反射面側に設ける工程、及び
   切削加工により、該ネック部を該テーパー部と同軸に通し穴加工して円筒形状部を設ける工程
   からなることを特徴とする方法。
7. 請求項６記載の方法により形成された反射鏡にダブルエンド型高圧放電ランプを固定して光源装置を製造する方法であって、
   該円筒形状部に該高圧放電ランプを挿入する工程、及び
   該円筒形状部と該高圧放電ランプとの隙間に、該反射面と逆側から接着剤を充填する工程からなる方法において、
   該接着剤が該円筒形状部全体を覆うように充填されることを特徴とする方法。
   

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