JP2008059783A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフレクターの表面に形成された可視光反射膜としてＺｎＳを用いた場合に、照度低下が起こるのを防止する。
【解決手段】この発明では、発光部２２から発せられる光に含まれる紫外線が紫外線遮断手段１４によって遮断され、可視光反射膜４４に紫外線が到達することはないので、可視光反射膜４４を構成しているＺｎＳからなる第１の反射膜４４ａが紫外線に曝されて劣化することはない。したがって、可視光反射膜４４の材料として安価なＺｎＳを使用するにもかかわらず照度低下が生じない光源装置１０を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、凹状の反射面を有するリフレクターの中央部分にランプを取り付けた光源装置の改良に関する。

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または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いる。そして、その主要部品である光源装置としては、凹状の反射面を有するリフレクターにランプ（放電灯）を取り付けた構成のものが一般に用いられている。

このようなリフレクター付きのランプにあっては、照度向上を目的としてリフレクターの反射面に可視光反射膜が形成される。可視光反射膜は、屈折率の異なる２種類の薄膜（低屈折率膜と高屈折率膜）を交互に積層することにより構成され、光源から出射される光のうち可視光を効率よく反射することによって光源装置の照度を向上させる。なお、低屈折率膜を構成する材料としては、ＳｉＯ_２やＭｇＦ_２などが知られており、高屈折率膜を構成する材料としては、ＴｉＯ_２、Ｔａ₂Ｏ₃或いはＺｎＳなどが知られている（特許文献１〜２参照）。
特開２００４−３０３４６８号公報 特開２００５−１４９９６８号公報

リフレクターは、ランプの発熱によって３００℃以上の高温に長時間曝されるため、可視光反射膜の構成材料としては耐熱性が高い材料を選択するのが好ましい。

この観点から、高屈折率膜の材料としてはＴｉＯ_２を選択するのが最も好ましいが、ＴｉＯ_２は、材料そのものが高価であることに加え、その製造段階において真空蒸着法による高い真空度が要求され、製造コストがかかる。

そこで、発明者等は、安価で製造コストがかからない観点から、ＴｉＯ_２に代替する高屈折材料としてＺｎＳを用いることを検討した。ＺｎＳは、経験上リフレクターの内面温度が最高でも３５０℃程度までしか持たないが、それでも構造と点灯出力を注意深く検討すれば２００Ｗ以上の高出力で点灯することは可能であると考えられる。

ところが、ＺｎＳを高屈折率膜の材料とした可視光反射膜（低屈折率膜の材料としては、ＳｉＯ_２を選択した。）を用いて点灯試験を行ったところ、ランプ寿命中にＺｎＳがリフレクターの表面に付着して照度が低下するという問題が生じた。このような問題が生じたのは、ＺｎＳがランプから発せられた紫外線に長時間曝されることによって劣化したことが原因であると考えられる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、リフレクターの表面に形成された可視光反射膜としてＺｎＳを用いた場合に、照度低下が起こるのを防止することを技術的課題とする。

請求項１に記載した発明は、「凹状の反射面４０を有するリフレクター１６と、リフレクター１６の中央部に取り付けられたランプ１２とを備え、リフレクター１６の反射面４０には、ＺｎＳからなる第１の反射膜４４ａと、第１の反射膜４４ａよりも屈折率の小さな第２の反射膜４４ｂとを交互に積層させた可視光反射膜４４が形成されている光源装置１０であって、ランプ１２の発光部２２とリフレクター１６との間には、発光部２２から放出される光のうち、紫外線については遮断するが可視光は透過させる紫外線遮断手段１４を備える」ことを特徴とする光源装置１０である。

この発明では、発光部２２とリフレクター１６との間に紫外線遮断手段１４が設けられており、発光部２２から放出される光に含まれる紫外線が紫外線遮断手段１４によって遮断されるので、紫外線が可視光反射膜４４に到達することはない。したがって、可視光反射膜４４を構成しているＺｎＳからなる第１の反射膜４４ａが紫外線に曝されて劣化することはない。

請求項２〜３に記載した発明は、紫外線遮断手段１４の具体例であり、発光部２２の周囲に筒状の紫外線遮断部材３６を設けた例である。すなわち、請求項２に記載の発明は、紫外線遮断手段１４が「紫外線遮断ガラスからなり、発光部２２の周囲に設けられた筒状の紫外線遮断部材３６を備える」ことを特徴とするものであり、請求項３に記載の発明は、紫外線遮断手段１４が「透光性材料と紫外線遮断材料との積層体からなり、発光部２２の周囲に設けられた筒状の紫外線遮断部材３６を備える」ことを特徴とするものである。

なお、請求項２〜３に記載の発明のように、発光管２２の周囲に筒状の紫外線遮断部材３６を設けた場合には、この筒状の紫外線遮断部材３６が発光管２２が破裂したときの衝撃を吸収できる（つまり、筒状の紫外線遮断部材３６が、発光管２２破裂時の「衝撃吸収手段」として機能できる。）。したがって、請求項４に記載の発明のように、リフレクター１６を機械的強度の劣る硼珪酸ガラスで形成したとしても、リフレクター１６が破損しにくい。

請求項５〜６に記載した発明は、紫外線遮断手段１４の他の具体例であり、発光部２２に紫外線遮断機能を直接付与した例である（発光部２２から放出される光に含まれる紫外線を遮断できる限り、発光部２２に紫外線遮断機能を付与する例も「ランプ１２の発光部２２とリフレクター１６との間に紫外線遮断手段１４を設ける」という概念に含まれる。）。すなわち、請求項５に記載の発明は、紫外線遮断手段１４が「発光部２２の表面に形成された紫外線遮断膜である」ことを特徴とするものであり、請求項６に記載の発明は、紫外線遮断手段１４が「紫外線遮断ガラスからなる発光部２２である」ことを特徴とするものである。

請求項１〜６に記載の発明によれば、紫外線が可視光反射膜に到達するのを抑止できるので、可視光反射膜の材料として安価なＺｎＳを使用するにもかかわらず照度低下が生じない光源装置を提供できる。

（第１の実施形態）
図１（Ａ）は、本発明に係る光源装置の一例を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、光源装置の側面図である。本発明が適用された光源装置１０Ａ（１０）は、例えば投射型プロジェクター等の光源として用いられるものであり、図１からも分かるように、ランプ１２と、紫外線遮断手段１４と、リフレクター１６と、ランプ１２の端部を保持するランプホルダー１８と、ランプ１２およびランプホルダー１８をリフレクター１６に固着するためのセメント２０とによって構成されている。

ランプ１２は、直流点灯式のショートアーク高圧放電灯であり、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。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、一対の電極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。

なお、図１に示したランプ１２は、ダブルエンド型で直流点灯方式の高圧放電灯であるが、これに代えて、交流点灯方式の高圧放電灯やシングルエンド型の高圧放電灯を用いるようにしてもよい。また、超高圧放電灯を用いるようにしてもよい。

そして、このランプ１２には、紫外線遮断手段１４が取り付けられている。紫外線遮断手段１４は、ランプ１２から放出される光のうち可視光は透過するが紫外線は遮断してリフレクター１６に紫外線が到達するのを防止するためのものであり、紫外線遮断部材３６と取付部材３８とを有する。

紫外線遮断部材３６は、紫外線遮断ガラス（可視光は透過するが紫外線は遮断するガラス）からなる円筒状の部材であり、その内径はランプ１２の発光部２２の外径よりも大きく設定されており、また、その軸方向の長さは発光部２２の長さ（封止部２４が延設されている方向の長さをいう）よりも長く設定されている。なお、紫外線遮断ガラスの具体例としては、ＳｉＯ₂に酸化亜鉛粉末或いは酸化チタン粉末を微量混合したものがその一例として挙げられる。

紫外線遮断部材３６の肉厚は、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲に設定するのが好ましい。紫外線遮断部材３６の肉厚が１．０ｍｍよりも薄い場合には、紫外線遮断部材３６の機械的強度が不十分なことから、ランプ１２が破裂した時にその破裂時の衝撃を吸収することができない。一方、紫外線遮断部材３６の肉厚が１．５ｍｍよりも厚い場合には、ランプ１２破裂時の衝撃は吸収できるものの、ランプ１２から放出される熱を紫外線遮断部材３６が蓄熱してしまい、紫外線遮断部材３６の内部に篭った熱によってランプ１２が不所望に破裂してしまうおそれがある。

取付部材３８は、紫外線遮断部材３６をランプ１２に取り付けるためのリング状部材であり、その外径は、紫外線遮断部材３６の内径と略等しく設定されている。また、取付部材３８の中心に設けられた孔の内面形状は、ランプ１２の封止部２４の外面形状に合わせて形成されている。

取付部材３８の材質としては、高い熱伝導率と耐熱性とを兼ね備えたセラミック（たとえば、アルミナやステアタイト等）を使用することが好ましく、本実施例ではアルミナが使用されている。

リフレクター１６は、ランプ１２の発光部２２にて発生した光を前方へ反射させるために設けられる碗状部材である。リフレクター１６の内面には、凹状の反射面４０が形成されており、リフレクター１６の中央部には、ランプ取付孔４２が形成されている。

リフレクター１６の材質としては、ガラスや金属など種々の材料を使用することが可能であるが、本実施例では、安価な硼珪酸ガラスが使用されている。なお、硼珪酸ガラスは、内面と外面との温度差が１８０℃以内でないと熱応力が発生して歪み割れすることが知られている。したがって、リフレクター１６の厚みは、前記温度差が１８０℃以内となり且つ或る程度の基材強度を確保するために１．８ｍｍ以上３．５ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましい。

リフレクター１６の反射面４０には、可視光反射膜４４が形成されている。可視光反射膜４４は、ランプ１２から発せられる可視光を前方へ効率良く反射させるためのものであり、図２に示すように、ＺｎＳからなる第１の反射膜４４ａと、第１の反射膜４４ａよりも屈折率の小さな第２の反射膜４４ｂとを交互に積層させることによって形成されている。

可視光反射膜４４は、全体として３８〜４６層構造となっており（本実施例では、可視光反射膜４４全体として４２層構造となっている。）、その最下層ならびに最上層は第２の反射膜４４ｂである。

なお、第２の反射膜４４ｂの材料としては、ＺｎＳからなる第１の反射膜４４ａよりも屈折率が小さければよく、例えばＳｉＯ₂，ＭｇＦ₂，ＣａＦ₂或いはＮａＦ等を例示できる（本実施例では、第２の反射膜４４ｂの材料としてＳｉＯ₂が使用されている。）。

ランプホルダー１８は、ランプ１２における封止部２４の先端部を保持するとともに、電力供給線４６（図１）を保持するものであり、セラミック等の耐熱性材料によって一体成形されている。

光源装置１０を組み立てる際には、まず、ランプ１２の両側の封止部２４に取付部材３８をそれぞれ取り付ける（本実施例では、後側の取付部材３８が、封止部２４と発光部２２との境界部分に位置するよう取り付けられる。）。なお、２枚の取付部材３８間の距離は、紫外線遮断部材３６の軸方向の長さに合わせて適宜設定される。

そして、両部材２４，３８をセメントで接合した後、ランプ１２と取付部材３８との一体物に紫外線遮断部材３６を取り付け、取付部材３８と紫外線遮断部材３６とをセメントで接合する。これにより、ランプ１２の発光部２２の周囲が紫外線遮断手段１４（より詳しくは、紫外線遮断部材３６）によって覆われることになる。

ランプ１２と紫外線遮断手段１４との一体物が完成すると、今度は、ランプ１２の一方（後側）の封止部２４をリフレクター１６のランプ取付孔４２に反射面４０側から挿入し、その挿入端部にランプホルダー１８を取り付け、ランプ１２とランプホルダー１８とをセメントで接合する。

続いて、ランプ１２をリフレクター１６の中央部に位置決めし、ランプホルダー１８および後側の封止部２４をセメント２０によってリフレクター１６に接合する。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）系または炭化ケイ素（ＳｉＣ）系のものを用いることができる。

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、ランプ１２に点灯始動電圧が印加されて発光部２２が発光する。

ここで、発光部２２の周囲には、紫外線遮断手段１４（より詳しくは、紫外線遮断部材３６）が設けられており、発光部２２で発生した光に含まれる紫外線は紫外線遮断部材３６によって遮断され、可視光だけが紫外線遮断部材３６を透過することになる。

つまり、リフレクター１６の反射面４０に形成されている可視光反射膜４４、より詳しくは、可視光反射膜４４を構成しているＺｎＳからなる第１の反射膜４４ａに紫外線が到達することはないので、ＺｎＳからなる第１の反射膜４４ａが紫外線に曝されて劣化することはなく、照度低下を来たすことはない。

ここで、紫外線遮断手段１４は、紫外線が可視光反射膜４４に到達するのを防止するために設けられるものであり、この点において、特開平１１−２５７０９号公報に記載の紫外光除去手段とは異なるものである。すなわち、この従来技術に記載の紫外光除去手段は、紫外線が照明装置の外部に漏れるのを防止することを目的とするものであり、紫外線が外部に漏れるのを防止できれば、紫外光除去手段を前面照射レンズに設けてもよいと記載されている（段落［００３７］〜［００３９］）。そして、この場合には、紫外線がリフレクタの可視光反射膜に到達することとなり、照度低下が生じる結果となる。つまり、この従来技術の紫外光除去手段には、「紫外線がリフレクタ表面の可視光反射膜に到達するのを防止する」という技術的思想がないといえる。

また、本実施例では、発光管２２の周囲に筒状の紫外線遮断部材３６が設けられているので、ランプ１２が不所望に破裂した場合であっても、この筒状の紫外線遮断部材３６が発光管破裂時の衝撃を吸収できる。つまり、紫外線遮断部材３６がランプ１２破裂時における「衝撃吸収手段」として機能できるので、リフレクター１６を機械的強度の劣る硼珪酸ガラスで形成したとしてもリフレクター１６の破損が生じ難い。

なお、上述の実施例では、紫外線遮断部材３６が紫外線遮断ガラスからなる筒状の部材により構成されていたが、紫外線遮断部材３６を透光性材料と紫外線遮断材料との積層体により構成するようにしてもよい。たとえば、透光性材料である通常のガラスからなる筒状部材の表面（外面であっても良いし、内面であっても良い）に紫外線遮断被膜をコーティングし、これを紫外線遮断部材３６としてもよい。紫外線遮断被膜の具体例としては、ＺｎＯやＡｌ₂Ｏ₃などの微粉末を非晶質シリカでコーティングしたものが挙げられる。

ここで、上記紫外線遮断皮膜は、上述したように筒状部材の外面或いは内面のいずれに設けてもよいが、筒状部材の内面に設けた場合には、その内部に熱がこもってランプ１２が割れ易くなるため、筒状部材の外面に設けることが好ましい。

また、発光部２２の周囲を筒状の紫外線遮断部材３６で覆った場合には、ランプ１２の熱が紫外線遮断部材３６の内部に篭りやすく、その結果、ランプ１２が異常加熱して破裂するおそれがある。そこで、取付部材３８に通風用の孔を設けたり、取付部材３８を前方或いは後方のいずれか一方だけとすることにより、紫外線遮断部材３６の内部に熱が篭るのを抑止するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明に係る光源装置１０Ｂ（１０）の他の実施例を示す断面図である。本実施例の光源装置１０Ｂは、ランプ１２の発光部２２に紫外線遮断被膜４８をコーティングし、これを紫外線遮断手段１４とした例である。紫外線遮断被膜４８の具体例としては、ＺｎＯやＡｌ₂Ｏ₃などの微粉末を非晶質シリカでコーティングしたものが挙げられる。なお、図１と同じ符号を付した構成は、実質的に同一であるためその説明を省略する。

本実施例では、発光部２２の周囲が紫外線遮断膜４８でコーティングされているが、封止部２４を含めた封体容器２６全体を紫外線遮断膜４８でコーティングするようにしてもよい。（紫外線遮断手段１４の機能を発揮させるためには、少なくとも発光部２２の周囲が紫外線遮断膜４８でコーティングされていれば足りる。）
本実施例においても、前述実施例と同様の作用効果、すなわち、ＺｎＳからなる第１の反射膜４４ａが紫外線によって劣化することはなく照度低下を来たすことがないという作用効果が得られる。

なお、図示しないが、ランプ１２の封体容器２６を紫外線遮断ガラスにて形成することも可能であり、この場合には、封体容器２６そのものが紫外線遮断手段１４として機能する。そして、本実施例においても、上述実施例と同様の作用効果、すなわち、ＺｎＳからなる第１の反射膜４４ａが紫外線によって劣化することはなく照度低下を来たすことがない。

図１（Ａ）は、本発明に係る光源装置の一例を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、光源装置の側面図である。 可視光反射膜４４を示す図である。 本発明に係る光源装置１０Ｂ（１０）の他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

１０…光源装置
１２…ランプ
１４…紫外線遮断手段
１６…リフレクター
１８…ランプホルダー
２０…セメント
２２…発光部
３６…紫外線遮断部材
３８…取付部材
４０…反射面
４４…可視光反射膜
４４ａ…第１の反射膜
４４ｂ…第２の反射膜
４８…紫外線反射被膜

Claims (6)

1. 凹状の反射面を有するリフレクターと、前記リフレクターの中央部に取り付けられたランプとを備え、前記リフレクターの反射面には、ＺｎＳからなる第１の反射膜と、前記第１の反射膜よりも屈折率の小さな第２の反射膜とを交互に積層させた可視光反射膜が形成されている光源装置であって、
   前記ランプの発光部と前記リフレクターとの間には、前記発光部から放出される光のうち、紫外線については遮断するが可視光は透過させる紫外線遮断手段を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記紫外線遮断手段は、紫外線遮断ガラスからなり、前記発光部の周囲に設けられた筒状の紫外線遮断部材を備える請求項１に記載の光源装置。
3. 前記紫外線遮断手段は、透光性材料と紫外線遮断材料との積層体からなり、前記発光部の周囲に設けられた筒状の紫外線遮断部材を備える請求項１記載の光源装置。
4. 前記リフレクターが、硼珪酸ガラスによって構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の光源装置。
5. 前記紫外線遮断手段は、前記発光部の表面に形成された紫外線遮断皮膜である請求項１記載の光源装置。
6. 前記紫外線遮断手段は、紫外線遮断ガラスからなる前記発光部である請求項１記載の光源装置。