JP4492307B2

JP4492307B2 - 光源装置

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Publication number: JP4492307B2
Application number: JP2004336327A
Authority: JP
Inventors: 宏二山田; 佳生岡崎
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP2006147362A

Description

この発明は光源装置に関する。特に、プロジェクターに使う光源装置に関する。

投射型プロジェクター装置は、矩形状スクリーンに対して、均一にしかも十分な演色性をもって画像を照明させることが要求される。このため、光源としては、水銀ランプやメタルハライドランプなどのショートアーク型放電ランプが反射鏡に組み込まれて採用される。反射鏡は凹面状の反射部と筒状の首部より構成される。

図６は、光源装置の概略構成を示す。
光源装置は放電ランプ１と反射鏡２より構成される。放電ランプ１と反射鏡２の固定は、放電ランプ１の一端に装着された口金１２の周囲に接着剤１３が充填される。また、放電ランプ１のアーク輝点Ｐは反射鏡２の第一焦点に位置している。アーク輝点Ｐが反射鏡の第一焦点に配置されてこそ、効率良く放射光を利用できるからである。
従って、製造手順は、まず接着剤を充填する前に、アーク輝点Ｐが反射鏡の第一焦点に位置するよう放電ランプの位置調整を行う。そして、アーク輝点Ｐが反射鏡の第一焦点が一致した状態において接着剤を充填して反射鏡と放電ランプを固定する。

ここで、放電ランプ１は、図６に示すように反射鏡２の中心軸Ｌ１に沿って正確に位置するとは限らず、図７に示すように放電ランプ１の中心軸Ｌ２は反射鏡２の中心軸Ｌ１に対して交差（傾斜）することがある。
この原因は、放電ランプの小型化により封止作業が困難化し、電極（軸）を必ずしも正しい方向において封止することができず、結果として電極軸が傾斜してしまうことにある。特に、電極間距離は１ｍｍ程度であるため、電極の位置決めがきわめて難しくなったことが背景にある。
電極が偏芯してしまった放電ランプは、そのアーク輝点を反射鏡の第一焦点に合わせるよう位置調整されるため、放電ランプ１の中心軸Ｌ２は、反射鏡の中心軸Ｌ１に対して一致しなくなり、両者は交差（傾斜）するわけである。
なお、光源装置に小型化について、数値例を上げると、放電ランプは全長が５０ｍｍ程度であり、また、アーク長（電極間距離）も１．２ｍｍ程度、また、反射鏡は前面開口径がφ５０ｍｍ程度となっている。

このように電極が偏芯した放電ランプであっても、放電ランプのアーク輝点を反射鏡の第一焦点に位置調整して両者を接着剤で固着するため、放電ランプからの放射光は効率良く取り出すことができる。
しかし、放電ランプ１と反射鏡２の固定関係は弱くなり、使用時間の経過に伴い、放電ランプ１が位置ずれを起こし、場合によっては反射鏡２から外れることもある。
この原因は、放電ランプ１が反射鏡２の中心軸Ｌ１に対して傾斜配置するため、反射鏡２の首部において接着剤の充填が一部において不足してしまうからである。特に、放電ランプ１の口金が反射鏡首部の内面に接触すると、当該部分には接着剤は充填されないこととなり、両者の固定関係はきわめて弱くなる。

なお、光源装置は、上記のように放電ランプと反射鏡を直接固着するだけでなく、反射鏡に取付部材（ベース）を装着して、この取付部材と放電ランプを固着する場合もある。このような光源装置の構成においても上記問題は同様に生じてしまう。
特開２００１−１７６３０２号特開平９−６３３３７号

この発明が解決しようとする課題は、放電ランプが小型化して、放電ランプの中心軸が反射鏡の中止軸に一致することなく両者が固定された場合であっても、放電ランプが反射鏡に対して確実に固着できる光源装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明の光源装置は凹面状の反射部と筒状の首部よりなる反射鏡と、この反射鏡の首部で接着剤により装着されるショートアーク型放電ランプとよりなり、首部の内壁面に１８０°未満の間隔で少なくとも３つの窪み部が形成されたことを特徴とする。

また、第ニの発明の光源装置は、凹面状の反射部と筒状の首部よりなる反射鏡と、この反射鏡の首部に装着された概略円筒状のランプ保持部材と、このランプ保持部材の内面で接着剤により装着されるショートアーク型放電ランプとよりなり、ランプ保持部材の内壁面には、１８０°未満の間隔で少なくとも３つの窪み部が形成されたことを特徴とする。

さらに、反射鏡の光軸と放電ランプの中心軸は傾斜していることを特徴とする。
さらに、窪み部は、放電ランプの長手方向に伸びていることを特徴とする。

以上のように、本発明の光源装置は、反射鏡の首部の内壁面に１８０°未満の間隔で少なくとも３つの窪み部が形成されることから窪み部に充填された接着剤によって放電ランプと反射鏡を確実に固着することができる。

図１は本発明に係る光源装置を示す。
光源装置は放電ランプ１と反射鏡２よりなり、放電ランプ１は発光部１0とその両端の封止部１1よりなる。放電ランプ１の一方の封止部１１の先端に金属製口金１２が装着される。一方、反射鏡２は凹面状の反射部２０と筒状の首部２１よりなる。
放電ランプ１の口金１２の外周面と、反射鏡の首部２１の内周面の隙間には接着剤１３が充填（注入）されて両者は固着される。後述するが反射鏡の首部２１の内周面には窪み部２２が形成されるため、放電ランプ１が反射鏡の中心軸Ｌ１に対して合致していなくても口金１２と首部２１の内周面には接着剤が存在する。
放電ランプ１の発光部１０にはランプ点灯中にアーク輝点が形成される位置P（便宜上、「アーク輝点」という）があり、このアーク輝点Ｐが反射鏡２の第一焦点に位置している。なお、図は、放電ランプ１の中心軸Ｌ２は反射鏡２の中心軸Ｌ１と一致しておらず、両者は交差（反射鏡の中心軸Ｌ１を水平とするならば、中心軸Ｌ２は傾斜する）している。

図２は反射鏡２の概観図であり、（ａ）は図１と同じ横断面図を示し、（ｂ）は首部２１のＡ−Ａ断面図を示す。また、図３は反射鏡首部の拡大斜視図を示す。
反射鏡２は凹面状（概略お椀状）の反射部２０と筒状の首部２１が一体に形成される。反射部２０の前面開口から放電ランプの光が放射される。首部２１には３つの窪み部２２が形成される。反射部２０と首部２１の境界には、放電ランプの放射光をできるだけ多く反射させるために狭部２３が形成され、狭部２３より伸びる首部２１において放電ランプが固着される。

窪み部２２は、首部２１の内周面（内壁面）に１８０°の間隔で首部２１の長手方向に伸びるよう形成される。
上記したように、放電ランプが傾斜配置した場合であっても放電ランプを反射鏡に確実に固着するためには、窪み部２２は首部２１の内周面に少なくとも３つ形成する必要がある。放電ランプの口金の外周面と反射鏡の首部の内周面は、もともと数ミリレベルの隙間しか存在しないため、少なくとも３つの窪み部が均等間隔で形成されれば、放電ランプが傾斜したとしても、放電ランプの口金はいずれかの窪み部に対応できるからである。隙間が数ミリレベルの理由は、反射鏡が小型化するにもかかわらず、放電ランプは封止工程などの製造上の理由からある程度の大きさが必要になるなどである。また、隙間があまりに大きいと接着剤の充填量も多くなるからである。

窪み部２２は、首部２１の内周面に、例えばグラインダーなどの切削器具により形成され、大きさは、例えば幅２〜３ｍｍ、深さ２〜３ｍｍである。窪み部２２の数は、前記のように少なくとも３つ必要であり、その以上の数、例えば４つ、５つ、６つ・・・形成してもよい。窪み部は、隣う合う窪み部同士が首部の中心（反射鏡の中心軸Ｌ１）から１８０°の範囲内に形成できれば均等間隔に形成する必要はない。
窪み部を形成する方法は、グラインダーで研削加工を行う以外に金型でプレス加工し、窪み部を形成するなどが可能である。

このように首部内周面に窪み部２２を形成することで、放電ランプが反射鏡に対して傾斜配置して放電ランプの口金が反射鏡の首部の内周面に接触したとしても、窪み部に接着剤を充填（注入）することで両者の間に必ず接着剤を介在させることができる。
なお、同様の作用効果は、首部内周面に窪み部を形成するのではなく、首部内周面に突起部を形成しても可能である。しかし、首部内周面に突起部を形成することが製造上困難であり現実的な構成ではない。また、首部内周面に窪み部を形成するのではなく、放電ランプの口金に窪み部を形成しても可能である。しかし、口金部は、通常０．５〜１．０mm程度の肉厚であり、さらに接着強度を持たすため外表面はローレット加工が施されているため、現実的ではない。

反射部２０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。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ミックスなどで反射鏡を構成してもよい。また、反射部２０の前面開口には、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が装着されてもよい。前面ガラスを設けることで反射部２０の内部を密閉構造にできる。このため、万一、放電ランプ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、前面ガラスを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構造も採用できる。

反射鏡２について、数値例をあげると、前面開口径はφ１０〜１５０ｍｍで、例えば５０ｍｍ、首部２１の外径はφ１５ｍｍ〜２５ｍｍで、例えば２０ｍｍ、首部２１の内径はφ１０ｍｍ〜１５ｍｍで、例えば１２ｍｍ、前面開口から首部先端までの軸方向の全長は１０〜１５０ｍｍで、例えば３５ｍｍである。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である。
放電ランプの口金との隙間は、２ｍｍ〜５ｍｍで、例えば３ｍｍである。

図４は放電ランプ１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、陽極１４と陰極１５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が形成され、一方の封止部１１の端部には金属製口金１２が装着される。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１６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１６の一端は陽極１４あるいは陰極１５が接合しており、金属箔１６の他端は外部リード１３が接合している。
なお、陽極１４と陰極１５は、放電ランプの中心軸に沿って正確に位置しているわけではなく、製造工程上の事情により偏っている。

発光部１０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。

放電ランプと反射鏡を固着する接着剤は、例えば、ナトリウム成分あるいはリチウム成分を含む無機系のものであり、例えば、スミセラム（商品名）、ボンドX（商品名）が採用される。成分について、スミセラムを一例として紹介すると、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、水（Ｈ_２Ｏ）を主成分する。

図５は第二の発明に係る光源装置の反射鏡を示す。
凹面反射鏡２の首部２１には、ランプ保持部材であるレフベース３０が装着され、レフベース３０の内面に放電ランプの口金１２が接着剤により固着される。
従って、前記第一の発明は放電ランプ１と凹面反射鏡２を直接固着していたのに対し、この第ニの発明はランプ保持部材３０を介して両者を固着する点で相違している。
そして、ランプ保持部材３０の内周面には、図２で示したような窪み部２２が１８０°未満の間隔で少なくとも３つ形成されている。

なお、図5に示す実施例においては、放電ランプの中心軸Ｌ２は凹面反射鏡の中心軸Ｌ１とほぼ平行状態にある。すなわち、放電ランプのアーク輝点と反射鏡の第一焦点を一致させるために、中心軸Ｌ１と中心軸Ｌ２は互いに一致しなくなるが、両者は必ずしも交差するとは限らず、ほぼ平行な状態となることもある。
この場合にあっても、窪み部２２が存在しない場合は、ランプ保持部材３０のいずれかの内壁面において接着剤が存在しない状態となり、固着が弱くなるという問題が発生するが、窪み部２２を設けることでこのような問題が良好に解決することができる。
もちろん、図５に示すランプ保持部材３０を介在させた構造において、図１で示すように反射鏡の光軸Ｌ１と反射鏡の光軸Ｌ２が交差する場合にも本発明は有効に作用する。

なお、本発明は放電ランプが反射鏡の中心軸に対して傾斜配置する場合について説明したが、放電ランプが反射鏡の中心軸に沿って一致して配置する場合、すなわち、放電ランプの中心軸と反射鏡の中心軸は一致する場合を排除しているわけではない。例えば、反射鏡首部の内径と、放電ランプ口金の外径がほとんど同じ大きさであり、両者の隙間（窪み部以外）がほとんど存在しない場合に、本発明の窪み部を設けることは有効である。

本発明の放電ランプは、直流点灯型に限定されるわけではなく、交流点灯型の放電ランプにも適用できる。また、放電ランプは水銀封入量が０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上に限定されるわけではなく、水銀量がそれ以下の放電ランプにも適用できる。また、水銀ランプに限定されるわけではなく、キセノンランプやメタルハライドランプなどにも適用することができる。

反射鏡は楕円集光鏡に限定されるわけではなく、放物面鏡を採用することもできる。

第一の発明に係る光源装置を示す。第一の発明に係る光源装置の反射鏡を示す。第一の発明に係る光源装置の反射鏡を示す。この発明に係る光源装置の放電ランプを示す。第ニの発明に係る光源装置を示す。従来の光源装置を示す。従来の光源装置を示す。

符号の説明

１放電ランプ
２反射鏡
１０発光部
１１封止部
１２口金
１３接着剤
１４陽極
１５陰極
２０反射部
２１首部
２２窪み部
２３狭部

Claims

凹面状の反射部と筒状の首部よりなる反射鏡と、この反射鏡の首部で接着剤により装着されるショートアーク型放電ランプとよりなる光源装置において、
当該首部の内壁面には、１８０°未満の間隔で少なくとも３つの接着剤注入用の窪み部が形成されるとともに、当該窪み部の幅は２ｍｍ以上であることを特徴とする光源装置。
凹面状の反射部と筒状の首部よりなる反射鏡と、この反射鏡の首部に装着された概略円筒状のランプ保持部材と、このランプ保持部材の内面で接着剤により装着されるショートアーク型放電ランプとよりなる光源装置において、
前記ランプ保持部材の内壁面には、１８０°未満の間隔で少なくとも３つの接着剤注入用の窪み部が形成されるとともに、当該窪み部の幅は２ｍｍ以上であることを特徴とする光源装置。
前記反射鏡の光軸と、前記放電ランプの中心軸は傾斜していることを特徴とする請求項１または請求項２の光源装置。
前記窪み部は、前記放電ランプの長手方向に伸びていることを特徴とする請求項１または請求項２の光源装置。