JP4274053B2

JP4274053B2 - 光源装置

Info

Publication number: JP4274053B2
Application number: JP2004168296A
Authority: JP
Inventors: 祐一小林; 高史山下
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2024-06-07
Also published as: US7436121B2; EP1635376A3; CN100538989C; CN1707743A; EP1635376A2; JP2005347202A; US20050269925A1

Description

この発明は光源装置に関する。特に、液晶、ＤＭＤデバイスを用いたプロジェクター装置の光学システムに使う光源装置に関する。

近年、プロジェクター装置は長寿命化、小型化というニーズが高まり、光源である放電ランプも高輝度化が求められる。光源では、水銀蒸気圧を高くすることでアークの広がりを抑える（絞り込む）とともに、より一層の光輝度化を可能とする放電ランプが提案されている。
この放電ランプは、例えば、特開平２−１４８５６１号、特開平６−５２８３０号に開示されている。

しかし、発光管内部の水銀密度を上昇させると、発光管内部に微妙な温度変化が生じた場合に、封入した水銀が低温度領域で部分的に未蒸発となり、その後、未蒸発の水銀が蒸発するというような不安定な動作を繰り返すことがある。この不安定な動作の繰り返しは、放電ランプの発光を不安定にさせる。特に、未蒸発の水銀が突如蒸発することで、放電ランプの発光も瞬間的に不安定となり、プロジェクター装置としては、いわゆるフリッカーという現象を発生させる。

一方、プロジェクター装置の使用方法は、通常の明るさで点灯する（定常点灯モード）以外に、放電ランプの点灯電力を低下させて省電力点灯（エコモード）で楽しみたいというニーズもある、具体的には、プロジェクター装置の投射画像を暗めの映像として楽しみたいという場合や、空冷ファンの回転数を下げて静音状態で使いたいという内容である。
この場合、放電ランプの点灯電力を下げることになるため、上記水銀未蒸発の発生をより助長させることになる。

もっともエコモードで水銀が完全に蒸気化できるようランプ設計することも考えられる。しかし、定常点灯モードにおいてランプが過剰に温度上昇してしまい、放電容器が失透するなどの不具合を生じる。
また、冷却能力を広範囲で調整できる冷却機構、例えば冷却ファンを設けることにより、エコモードでは水銀を完全蒸気化させるとともに、定常点灯モードでは過剰に温度上昇しないよう設計することも考えられる。しかし、プロジェクター装置は、小型化（例えば、Ｂ５サイズ）、軽量化（例えば、１５００ｇ程度）が求められるため、このような大掛かりな冷却機構を設けることは現実的なことではない。

このため、エコモードを搭載するプロジェクター装置であっても、現実には、幅広い範囲で点灯電力を調整することができず、例えば、定格２００Ｗの放電ランプでは、８０％（点灯電力１６０Ｗ）程度の電力低下しか実現できないのが実情である。
また、定常点灯モード、エコモードという分類に限られず、定常点灯モードであっても電力を変化させる場合は同様の問題を生じかねない。
特開平２−１４８５６１号特開平６−５２８３０号

大電力点灯モード（定常点灯モード）と小電力点灯モード（エコモード）の両モードで使用可能なプロジェクター装置の光源装置において、いずれのモードにおいても封入した水銀をほぼ完全に蒸気化できるとともに、過剰に温度上昇することのない構成を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る光源装置は、石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置するとともに、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入した放電ランプと、この放電ランプを取り囲み、当該放電ランプからの放射光を所定の方向に反射する凹面反射鏡と、この放電ランプに対して大電力点灯モードに対する電力と、小電力点灯モードに対する電力を切替えて供給する給電装置とよりなる．
そして、放電ランプの放射光のうち、紫外光もしくは赤外光の少なくとも一部を当該放電ランプに向けて戻す反射加熱手段を有し、この反射加熱手段は、前記給電装置が前記放電ランプを小電力点灯モードで点灯させているときは作用するとともに、大電力点灯モードで点灯させているときは作用していないことを特徴とする

本発明に係る光源装置は、大電力点灯モードと小電力点灯モードで反射加熱手段を使い分ける。このため、大電力点灯モードでは、放電ランプから放射される赤外光もしくは紫外光を放電ランプに反射させることがないため、放電ランプの加熱を抑制できる。
また、小電力点灯モードでは、放電ランプから放射される赤外光もしくは紫外光を放電ランプに戻すことで放電ランプを輻射加熱することが可能となり、給電装置から放電ランプに対する供給電力を下げても水銀を良好に蒸気化できる。
これにより、大きく電力低下させた小電力点灯が可能となり、例えば、定常点灯モードの５０％程度の点灯電力を達成できる。

図１、図２は本発明に係る光源装置の実施例を示し、図１は大電力点灯モードの構成、図２は小電力点灯モードの構成を示している。なお、以下の実施例では大電力点灯モードの具体例として定常点灯モードを、小電力点灯モードの具体例としてエコモードを取り上げて説明する。
光源装置は、放電ランプ１０と、この放電ランプ１０を取り囲む凹面反射鏡２０と、放電ランプ１０に電力を供給する給電装置３０と、反射加熱手段４０より構成される。
なお、両図は反射加熱手段４０の位置が相違するのみであり、放電ランプ１０、凹面反射鏡２０の構成は基本的に同一である。

放電ランプ１０は、いわゆるショートアーク型超高圧水銀ランプであって、概略球状の発光部１１と、この発光部１１の両端にロッド状の封止部１２ａ、１２ｂより構成される。発光部１１の内部は発光空間となっており、当該空間に一対の電極が対向配置している。

封止部１２ａは凹面反射鏡２０の頂部２１の開口に挿入されて、封止部１２ａの先端に装着された口金が接着剤１３を介して頂部２１に固定される。
封止部１２ａ、１２ｂの先端には、給電リード１４ａ、１４ｂがそれぞれ突出している。これら給電リード１４ａ、１４ｂに給電線１５ａ、１５ｂを介して給電装置３０が電気的に接続される。
凹面反射鏡２０の頂部２１には、例えば、セラミックス材料などから構成される支持部材１６が配置されており、凹面反射鏡２０は接着剤により支持部材１６に固定される。

凹面反射鏡２０は全体が概略お椀状の楕円集光鏡であって、頂部２１と反射部２２と前面開口部２３より構成される。反射部２２の内面には、例えば酸化チタンと酸化シリコンを交互に積層した可視光反射層が形成されており、所望の可視波長域の光を反射する機能を有している。放電ランプ１０はアーク方向が凹面反射鏡２０の光軸Ｌとほぼ一致するように配置され、また、放電ランプ１０のアーク輝点は凹面反射鏡２０の第一焦点に一致している。

放電ランプ１０は、給電装置３０により電力が供給されることで、定常点灯モードあるいはエコモードの点灯を選択的に行なう。定常点灯モードは通常の点灯であって放電ランプ１０を明るく点灯させる状態といい、エコモードは定常点灯モードの５０〜９０％の点灯電力により放電ランプをやや暗めに点灯させるモードをいう。一例をあげると、定常点灯モードでは、放電ランプを２００Ｗ、２．５Ａで点灯され、エコモードは放電ランプを１００Ｗ、１．２５Ａで点灯される。

凹面反射鏡２０の前面開口部２３の近傍には、例えば、板状ガラスからなる反射加熱手段４０が配置する。この反射加熱手段４０は赤外波長域の光（ＩＲ）もしくは紫外波長域の光（ＵＶ）を反射するとともに、可視波長域の光（ＶＲ）を透過する性質を有する。
図１に示す定常点灯モードでは、反射加熱手段４０が前面開口部２３から退避しており、すなわち、放電ランプ１０の放射光が反射加熱手段４０に影響しない構成となっている。一方、図２に示すエコモードでは、反射加熱手段４０が前面開口部２０をほぼ塞ぐように配置しており、放射ランプ１０の放射光が反射加熱手段４０を直射している。

従って、光源装置として、定常点灯モードでは、可視波長域の光（ＶＲ）だけでなく、赤外波長域の光（ＩＲ）や紫外波長域の光（ＵＶ）も放射されるが、エコモードでは、赤外波長域の光（ＩＲ）や紫外波長域の光（ＵＶ）は反射加熱手段４０で反射されるため光源装置からは放射されないこととなる。
ここで可視波長域の光（以下、「可視光」ともいう）は波長３６０ｎｍ〜７８０ｎｍの光をいい、プロジェクター装置の光源として必要な光である。赤外波長域の光（以下、「赤外光」ともいう）は波長７８０ｎｍより長波長の光をいい、紫外波長域の光（以下、「紫外光」ともいう）は波長３８０ｎｍよりも短波長の光をいう。赤外線および紫外線は、プロジェクター装置で映像を投射するという意味において必要のない波長域の光である。

反射加熱手段４０は、例えば、多層蒸着膜を施すことで、可視光を透過させて、赤外光および紫外光を反射させる。
エコモードにおいて、赤外光（ＩＲ）や紫外光（ＵＶ）、あるいは両方の光を放電ランプ１０に向けて反射させることの技術的意義は、放電ランプを輻射加熱することにある。これにより、給電装置から供給される電力が低い状態であっても放電ランプに含まれる水銀の完全に蒸発化することができる。
また、定常点灯モードでは、赤外光（ＩＲ）や紫外光（ＵＶ）が、放電ランプ１０に向けて反射されないことに、放電ランプの温度上昇を抑制するという意味で大きな技術的意義がある。
この点について補足すると、本発明の光源装置は、全体の寸法として限りなく小型化が要求される一方で、高い放射光量が求められる。このため、放電ランプの発光部は熱的条件がきわめて厳しい状態になり、管壁負荷で一例を示すと０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ^２となる。つまり、定常点灯モードでは限界に近い熱的条件で放電ランプが設計されているため、赤外光（ＩＲ）あるいは紫外光（ＵＶ）は加熱を助長することになりかねないからである。

反射加熱手段４０は図示略の駆動機構によりスライドする。この駆動機構は給電装置から点灯モードに関する信号を受信することで反応する。具体的には、給電装置３０がエコモードに相当する電力を放電ランプに供給しているときは反射加熱手段４０が反射鏡を覆うように配置させて、定常点灯モードに相当する電力を放電ランプに供給しているときは反射加熱手段４０を退避する位置にスライドさせる。もちろん、給電装置は当該情報をプロジェクター装置本体から受信していることとなる。反射加熱手段４０がスライドする方向（定常点灯モードで退避する位置）は特に限定されるものではない、周辺に配置される部品などとの関係で適宜設計できる。

図３は、図１および図２に示した放電ランプの拡大構成を示す。
放電ランプ１０の発光部１１内には、陽極２と陰極３が互いに対向するよう配置している。また、発光部１１の両端部から伸びるよう各々封止部１２ａ、１２ｂが形成され、これらの封止部１２ａ、１２ｂは、通常モリブデンよりなる導電用金属箔４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４の一端は陽極２あるいは陰極３が接合しており、金属箔４の他端は外部リード１４ａ、１４ｂが接合している。
陰極２の先端にはタングステンからなるコイル２１が巻きつけられる。コイル２１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。

発光部１１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３６０〜７８０ｎｍという放射光を得るためのもので、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上、好ましくは０．２０ｍｇ／ｍｍ^３以上、より好ましくは０．２５ｍｇ／ｍｍ^３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／ｍｍ^３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、このようなハロゲンを封入することは放電容器の破損、失透の防止という作用があると考えられる。

このような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４０〜３００ｍｍ^３の範囲から選ばれて例えば７５ｍｍ^３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というものであり、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。

ここで、図１、図２に示した凹面反射鏡２０について数値例を紹介する。
反射部２２の内容積は１０^３〜１０^６ｍｍ^３の範囲から選択されて、例えば９×１０^４ｍｍ^３、前面開口部２３の開口径はφ１０〜１５０ｍｍの範囲から選択されて、例えば５０ｍｍ、前面開口部２３から頂部２１の先端までの軸方向の長さは１０〜１５０ｍｍの範囲から選択されて、例えば３５ｍｍ、頂部２１の開口径はφ５〜３０ｍｍの範囲から選択されて、例えば１０ｍｍである。

図４は、図１に示した光源装置（給電装置は除く）の概略斜視図を示す。光源装置をエコモードで使用するときは、反射加熱手段４０を凹面反射鏡２０の前面開口部を塞ぐようにスライドすることになる。
なお、凹面反射鏡２０の側面には４つの平面部が形成されているが、これは凹面反射鏡２０をプロジェクター装置内に組み込む際の他の部材との噛み合わせや、あるいは、組み込み作業などにおいて反射鏡を配置したときの転がり防止のためであって、反射加熱手段４０の機能と関連するわけではない。

図５は図４に示す光源装置の変形例を示す。
反射加熱手段４１は上下２分割されており、上部反射加熱手段４１ａと下部反射加熱手段４１ｂは独立してスライドできる。この構成は、エコモードのランプ電力と定常点灯モードのランプ電力の差が小さい場合などにおいて、いずれかの反射加熱手段を活用することができる。また、プロジェクター装置は天井吊り下げタイプと床面据え置きタイプが存在するが、いずれかの使用形態に対応させて、高温化されやすい部位を考慮してスライドさせる反射加熱手段を選択できる。
反射加熱手段を分割する数は２つに限るわけではなく、３つ以上の分割構造を採用することもできる。特に、エコモードが多段階に設定できる場合に、きめ細かい調整が可能という点で有利である。

反射加熱手段を分割する形態は上下方向に限るわけではなく、左右方向に分割する形態であってもかまわない。この場合は右部反射加熱手段と左部反射加熱手段となる。
反射加熱手段が、上部反射加熱手段と下部反射加熱手段というように上下方向に分割された場合であっても、各反射加熱手段がスライドする方向は左右方向に限るわけではなく、例えば、上部反射加熱手段は反射鏡の上部からスライドし、下部反射加熱手段は反射鏡の下部からスライドして前面開口部を塞ぐような構成であってもかまわない。
また、反射加熱手段は、平板形状のものがスライドする形態に限るわけではなく、例えば、カメラのレンズシャッターのように渦巻き状に開閉できる構造であってもかまわない。
その他上記構造の組み合わせなど他のさまざまな形態を採用することができる。

図６は本発明に係る光源装置の他の実施例を示す。
（ａ）は定常点灯モードの状態を示し、（ｂ）はエコモードの状態を示す。いずれも給電装置は省略しており、また、反射加熱手段の形態が相違するだけであり、放電ランプ１０や凹面反射鏡２０は基本的に図１に示すものと同じものである。図１に示すものと形態などが若干異なるが、機能として違いはないものとする。
定常点灯モードでは、反射加熱手段（反射プレート）４２は回転軸４２ａを中心にステッピングモータなどによって４５°傾く。反射加熱手段４２は赤外光および／又は紫外光反射プレートよりなり、可視光は透過するとともに、赤外光ＩＲあるいは紫外光ＵＶは反射する性質を有する。この性質は、例えば、多層蒸着膜をガラスプレートに形成して施される。

一方、エコモードでは、反射プレート４２を垂直（放電ランプの光軸に対して直角）にして赤外光、紫外光を放電ランプ１０に対して反射させて輻射加熱する。
赤外光、紫外光を放電ランプに輻射加熱することによる作用効果は、前記実施例（図２）と同じである。
なお、反射プレート４２（反射加熱手段の一形態）は０°〜４５°の範囲で傾斜できる構造が好ましい。傾斜角度により輻射加熱すべき赤外光、紫外光の量を調整できるからである。
ここで、（ａ）のように反射プレート４２を４５°傾斜させた場合、厳密には、反射プレート４２に形成された多層蒸着膜における放射光の透過距離が、（ａ）に示す状態と（ｂ）に示す状態では相違することになる。従って、（ａ）に示す構造において、赤外光、紫外光の反射特性が相違することで図示のように完全には反射できない場合も存在するかもしれない。しかし、（ａ）の定常点灯モードでは放電ランプを輻射加熱することなく、（ｂ）はエコモードでは放電ランプを輻射加熱するという機能において問題を生じるものではない。
なお、反射プレート４２が傾斜した状態において、光源装置外に向けて反射された赤外光や紫外光は、ヒートシンクなどの専用の金属板に照射させることが望ましい。プロジェクター装置内部の他のデバイスを加熱させないためである。また、専用の金属板を強制冷却することが望ましい。
また、図１に示した実施形態では定常点灯モードにおいて赤外光や紫外光を可視光とともに放射するため、凹面反射鏡より前方に配置した種々の素子（例えば、インテグレータレンズ、反射ミラー、ＤＭＤ素子など）に熱的影響、エネルギー的影響を及ぼしかねない。しかし、この図６に示した実施例では、赤外光や紫外光は可視光が進むべき光路から外されるため、このような問題を解決することもできる。

図７は図６に示す光源装置の変形例を示す。
図６に示す光源装置は反射プレート４２（反射加熱手段）が１枚であるのに対し、図７に示す光源装置は多数枚の反射プレート４３を使っている点で相違している。
凹面反射鏡２０の前面開口には、８枚の反射プレート４３ａ〜４３ｈが整列しており、各反射プレートは独立に０°〜４５°の範囲で傾斜する。
定常点灯モードでは反射プレート４３ａ〜４３ｈが凹面反射鏡の前面開口を塞ぐように（放射光に対して直角、図６（ｂ）を参照）位置する。一方、エコモードでは反射プレート４３ａ〜４３ｈは放射光に対して４５°の傾きに動く（図示の状態）。この場合、可視光は反射プレート４３ａ〜４３ｈを透過する。即ち、可視光は反射プレート４３ａ〜４３ｈの角度が傾斜していても、その影響を受けることなく透過直進する。一方、紫外光および／又は赤外光は、反射プレート４３ａ〜４３ｈが４５°に傾いている場合は、一のプレートで反射した後、その隣に配置するプレートの裏面で反射して、結果として、可視光と同様に前方に直進することとなる。もっともプレート４３ｈで反射した紫外光および／又は赤外光は側方に進むこととなる。
この構造の利点は、反射プレートの傾斜スペースを小さくできることである。例えば、凹面反射鏡２０の開口径がφ５０ｍｍの場合に、図６に示す光源装置のように１枚の反射プレートであれば前面開口から光軸方向に向けて約２００ｍｍの専用スペースが必要になる。一方、図７に示す構造であれば、同距離は約１０ｍｍ程度となる。

ここで、反射プレート４３ａ〜４３ｈは、いずれかのプレートのみ選択的に傾斜可動する構造であってかまわない。放電ランプを輻射加熱するレベルを調整できる利点がある。
反射プレート４３ａ〜４３ｈは、０°〜４５°の範囲で傾斜角度を変化させることも可能である。同様に、放電ランプを輻射加熱するレベルを調整できる利点がある。
また、反射プレート４３ａ〜４３ｈは１８０°傾けることもできる。この場合、反射プレートは光軸Ｌ（図１参照）を平行になる。

図８は本発明に係る光源装置の他の実施例を示す。
凹面反射鏡２０の一部を切り欠いて、当該切り欠き部分に反射加熱手段に相当する反射部４４を設けている。反射部４４の内表面には少なくとも赤外光及び／又は紫外光を反射する多層蒸着膜が形成されており、反射方向を変化できる可動機構（図示略）が設けられる。
すなわち、定常点灯モードでは赤外光及び／又は紫外光が放電ランプに向けて反射しないように配置するとともに、エコモードでは赤外光及び／又は紫外光が放電ランプに向けて反射するように配置する。
反射部４４は、図示のように、凹面反射鏡２０の前面開口部の近傍に設けることが好ましい。特に、有効開口径の小さい反射鏡にあっては、前面開口部の近傍で反射する光はもともと利用されないからである。なお、反射部４４の反射面は球面形状であり、その曲率半径は、アーク中心位置から反射面までの距離Ｌに対応して、例えば、０．９Ｌ〜１．１Ｌとなる。
なお、反射部４４の可動形態は特に限定されるものではない、反射鏡２０の切り欠き部分で挿入待避する構造であってもよいし、反射部４４の反射面が傾斜する構造であってもかまわない。ようは、反射部４４を可動調整することで、定常点灯モードにおいて紫外光、赤外光を放電ランプに反射させて輻射加熱するとともに、エコモードにおいて紫外光、赤外光を放電ランプに反射させることなく加熱させない機能を有していればよい。

図９は本発明に係る光源装置の他の実施例を示す。
ＤＬＰ方式のプロジェクター装置に使う光源装置を示し、凹面反射鏡２０の前面にカラーホイールＣＦ、ロッドレンズＲＬを配置している。カラーホイールＣＦにはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色領域が形成される。すなわち、放電ランプ１０の放射光は反射鏡２０で反射することで、あるいは直射光としてカラーホイールＣＦを介してロッドレンズＲＬに集光する。
この実施例では、凹面反射鏡２０とカラーホイールＣＦの間に反射加熱手段に相当する回転式反射プレート４５を配置している。反射プレート４５にはレンズ４５ａ〜４５ｄが取り付けられる。各レンズ４５ａ〜４５ｄは放射光を放電ランプ１０の発光部に対して効率良く戻すために球面構造をしている。そして、レンズ４５ａには反射膜は蒸着されておらず、レンズ４５ｂ、レンズ４５ｄには半分だけ蒸着膜が形成されており、レンズ４５ｃは全域に蒸着膜が形成されている。なお、各レンズ４５ａ〜４５ｄは完全な球面である必要はなく放電ランプに対して反射光を導くことができるならば非球面であってもかまわない。
この実施例において、定常点灯モードにおいては、回転式反射プレート４５のレンズ４５ａを光路に配置させて放電ランプからの放射光を反射させることなく、ロッドレンズＲＬに導いている。また、エコモードにおいては、回転式反射プレート４５のレンズ４５ｃを光路に配置させて、放電ランプからの放射光のうち、赤外光、紫外光を放電ランプ１０の発光部に反射させている。これにより放電ランプを輻射加熱することができる。また、レンズ４５ｂ、レンズ４５ｄを光路に配置させることで、赤外光、紫外光の一部を反射させて放電ランプを輻射加熱することができる。
回転式反射プレート４５は板状のものに限定されず、例えば、部分的に反射膜が蒸着された球体形状のものでもよい。ようは、定常点灯モードとエコモードで紫外光や赤外光の反射機能を使いわけることができればよい。

図１０は本発明に係る光源装置の他の実施例を示す。
凹面反射鏡２０の頂部側に略お椀状の反射加熱部材４６を配置している。凹面反射鏡２０はガラスなどの基材からなり、反射面が可視光のみを反射する特性を有する。加熱反射部材４６は凹面反射鏡２０を透過した紫外光、赤外光を反射させて、凹面反射鏡２０を透過して放電ランプ１０の発光部に戻すよう反射する役割を有する。
この反射加熱手段４６により凹面反射鏡２０を透過した紫外光、赤外光を再び放電ランプ１０に戻すことで放電ランプ１０を適切に加熱することができる。また、加熱反射手段４６は、ランプ点灯電力に応じて位置、角度を変化させる。例えば、定常点灯モードの場合は反射加熱部材４６を凹面反射鏡２０から離れた位置まで移動させて退避させて、エコモードの場合に図示する状態まで設定することとなる。なお、本実施例においても、反射加熱部材４６の可動形態は特に限定されるものではない、反射鏡２０の外部でスライド式に位置を変える方法でもよいし、反射加熱部材４６の反射面が傾斜するなどして反射特性を変化させる構造であってもかまわない。ようは、反射加熱部材４６を可動調整することで、定常点灯モードにおいて紫外光、赤外光を放電ランプに反射させて輻射加熱するとともに、エコモードにおいて紫外光、赤外光を放電ランプに反射させることなく加熱させない機能を有していればよい。

ここで、通常、放電ランプ１０は点灯した後しばらくしてから安定状態に達する。例えば２００Ｗのランプの場合、安定するのに２５０秒かかる。この安定時間を早めるために、点灯初期段階はランプでは、定常点灯モード、エコモードに関わらず、反射加熱部材を使って、紫外光、赤外光を放電ランプに戻すような使用も可能である。
この点灯使用により、ランプ温度の立ち上がりを早くすることが可能である。例えばランプ電圧をモニターして、ランプ電圧が飽和状態に達したのち、定常点灯モード、エコモードに適切な不要輻射量に調節を行うこととなる。
例えば、図１１は放電ランプ１０の点灯時間とスクリーン照度電圧の関係を示したものである。縦軸は放電ランプの点灯により当該ランプを搭載したプロジェクター装置によって照明されるスクリーン上の照度（Ｌｘ）を表し、横軸は放電ランプの点灯経過時間（秒）を表す。グラフ上の実線は反射加熱手段を設けた場合を示し、点線は反射加熱手段を設けない場合を示している。
ここで、放電ランプが暖まることで点灯が安定すると、放射光量が安定するためスクリーン照度も安定すると考えることができる。
図より、反射加熱手段を用いない場合は、点灯開始後６０秒でスクリーン照度が安定するところ、反射加熱手段を用いることで、点灯開始後４５秒でスクリーン照度を安定させることができた。この時間そのものは放電ランプの点灯電力やその他の条件で異なる数値かもしれないが、同一条件であれば点灯初期段階に反射加熱手段を設けることが有効であることは明らかにわかる。

一方、放電ランプは寿命末期において放電容器の失透などの影響によりランプ温度が高くなりやすい。このため、点灯初期や定常点灯時と同様に反射加熱手段を用いることがかえって悪影響を与える場合がある。
そこで、放電ランプの点灯時間や点灯電圧をモニターするとともに、放電ランプの経時変化を考慮して、上記悪影響を及ぼさないように反射加熱手段を作用させることもできる。

例えば、定格２００Ｗの放電ランプを点灯させた場合、通常、１０００時間の点灯を越えたあたりから放電容器の失透現象が現れる。従って、この時間から放電ランプの点灯モードに関わらず、反射加熱手段を作用させないという制御をすることになる。

上記実施例では、エコモードにおいて紫外光、赤外光を放電ランプに向けて反射させていることを説明した。これは紫外光、赤外光のいずれかを反射させてもよいし、また、両方を反射させてもよい。いずれかの光を反射させる場合は紫外光を放電ランプに向けて反射させる方が赤外光を反射させる場合よりも水銀を加熱して蒸気化させる効果がある。
また、定常点灯モードとエコモードという概念に基く分類ではなく、放電ランプに対する点灯電力の違いによって区分することもできる。すなわち、電力が変化する数種類の点灯モードに応じて加熱反射部材の作用を変化させる場合や、固定された電力モードに応じて加熱反射部材の作用が変化するのではなく、点灯電力を変化させるに伴い反射加熱手段の作用量を変化させる使用形態であってもかまわない。

凹面反射鏡は楕円反射鏡に限定されず放物面鏡であってもかまわない。
また、凹面反射鏡２０はガラス製のものに限られず、アルミニウムなどの金属からなるものやアルミナなどのセラミックスを素材するものであってもかまわない。
なお、凹面反射鏡２０の前面開口部に前面ガラスを設けてもよい。万一、放電ランプが破損した場合に破片が飛び散らないという効果を有するからである。この場合は図１、図２に示すような反射加熱手段が前面ガラスの外側に配置することとなる。

上記実施例では直流点灯型の放電ランプについて説明したが、交流点灯型放電ランプにも適用することができる。

給電装置は放電ランプを点灯制御するためのスイッチング回路などが使われる。一例をあげると、ＤＣ電源にチョッパー回路、整流平滑回路、起動回路を設けて構成できる。

以上説明したように、本発明に係る光源装置は大電力点灯モードと小電力点灯モードで反射加熱手段を使い分けることを特徴としている。
このため、大電力点灯モードでは、放電ランプから放射される赤外光もしくは紫外光を放電ランプに反射させることがないため、放電ランプの加熱を抑制することができる。
また、小電力点灯モードでは、放電ランプから放射される赤外光もしくは紫外光を放電ランプに戻すことで放電ランプを輻射加熱することが可能となり、給電装置から放電ランプに対する供給電力を下げても水銀を良好に蒸気化できる。
これにより、大きく電力低下させた小電力点灯モードが可能となり、例えば、定常点灯モードの５０％程度の点灯電力を達成できる。

本発明に係る光源装置を示す。本発明に係る光源装置を示す。本発明に係る光源装置の放電ランプを示す。本発明に係る光源装置を示す。本発明に係る光源装置を示す。本発明に係る光源装置を示す。本発明に係る光源装置を示す。本発明に係る光源装置を示す。本発明に係る光源装置を示す。本発明に係る光源装置を示す。本発明に係る光源装置の特性を示す。

符号の説明

１０放電ランプ
２０凹面反射鏡
３０給電装置
４０反射加熱手段

Claims

石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置するとともに、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入した放電ランプと、
この放電ランプを取り囲み、当該放電ランプからの放射光を所定の方向に反射する凹面反射鏡と、
この放電ランプに対して大電力点灯モードに対する電力と、小電力点灯モードに対する電力を切替えて供給する給電装置とよりなる光源装置において、
前記放電ランプの放射光のうち、紫外光もしくは赤外光の少なくとも一部を当該放電ランプに向けて戻す反射加熱手段を有し、
この反射加熱手段は、前記給電装置が前記放電ランプを小電力点灯モードで点灯させているときは作用するとともに、大電力点灯モードで点灯させているときは作用していないことを特徴とする光源装置。
前記加熱反射手段は、前記小電力点灯モードにおいて前記凹面反射鏡の前面開口部を塞ぐ位置に配置されるともに、前記大電力点灯モードにおいて前記凹面反射鏡の前面開口部から退避する位置にスライドする部材であることを特徴とする請求項１の光源装置。
前記加熱反射手段は、前記凹面反射鏡の前面開口部の前方に配置された部材であって、前記小電力点灯モードにおいて前記凹面反射鏡の前面開口部を塞ぐように配置されるともに、前記大電力点灯モードにおいて傾斜することを特徴とする請求項１の光源装置。
前記加熱反射手段は、前記凹面反射鏡の前面開口部の近辺に設けた切り欠き部に適合する反射部材からなり、前記小電力点灯モードと前記大電力点灯モードにおいて、反射方向を変化させるために傾斜角度が変化することを特徴とする請求項１の光源装置。
前記加熱反射手段は、前記凹面反射鏡の前面開口部の前方に配置された部材に、反射膜が形成されたレンズと反射膜が形成されないレンズが装着されて構成され、
前記小電力点灯モードにおいて前記反射膜が形成されたレンズが光路に配置されるとともに、前記大電力点灯モードにおいて前記反射膜が形成されないレンズが光路に配置されることを特徴とする請求項１の光源装置。
前記加熱反射手段は、前記凹面反射鏡の頂部側を覆うように配置された紫外光および／または赤外光を反射する部材であって、
前記小電力点灯モードにおいて、前記加熱反射部材によって、前記凹面反射鏡を透過した紫外光もしくは赤外光の少なくとも一方を放電ランプに対して戻すように反射させることを特徴とする請求項１の光源装置。
前記小電力点灯モードは省電力させたエコモードであり、前記大電力点灯モードは定常点灯モードであることを特徴とする請求項１の光源装置。