JP4496968B2

JP4496968B2 - 光源装置

Info

Publication number: JP4496968B2
Application number: JP2005012469A
Authority: JP
Inventors: 嗣漆原; 正之大野; 明子今成
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2025-01-20
Also published as: JP2006202591A

Description

本発明は、反射鏡を有し、主に映像用機器、光学用機器等の光源として用いられる光源装置に関する。

従来、こうした光源装置は、主にプロジェクターやプロジェクションＴＶ、映写機などに使用されている。

この反射型ランプを使用したプロジェクターは、用途としてテレビ（ＣＲＴ）やＯＨＰの代わりとして普及しつつある。中でも、液晶プロジェクター、ＤＬＰプロジェクターの普及は著しい。
こうしたプロジェクターに対する要求としては、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。近年、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、より小型の素子で特性の向上が図れるようになっている。

こうした要求の小型軽量、明るさの向上に向け、プロジェクターに使用されるＬＣＤチップ又はＤＭＤチップは小さくなり、使用される光源装置も小型化、高出力を要求されている。

プロジェクターの小型化を考えた場合、光源装置の小型化も必修条件の一つとなる。現在においては、使用される反射鏡の小型化も進み、１５０Ｗクラスを見ても外形５０ｍｍ×５０ｍｍサイズより小さなサイズの光源装置も検討されている。また、小型化に際しては光源装置の奥行きも重要な項目となっており、放電灯の短尺化も進んでいる。
反射鏡外形の小型化により、反射有効面積が減少し、出射光の減少が懸念されるが、放電灯の短アーク化や発光効率の向上、楕円鏡の使用などにより、従来の同クラスに対し、出射光の大きな減少は見られていない。

光源装置の奥行き減少による放電灯の短尺化は、発光管シール長を短くすることで対応している場合が多く、そのシール長を短くした場合、モリブ箔と電力供給線との溶接部の温度上昇を招き、溶接部の酸化が促進され、不導通となり短期に不点灯になる不具合が生じる。こうした溶接点温度上昇に対して、酸化を抑制するためフリット剤の充填などにより空気の遮断を講じる場合があるが光源装置寿命末期までの十分な効果は得られておらず、送風による冷却手段を用いらざるをえないのが現状である。

反射鏡のボトム部側の発光管シール部に対しては、反射鏡との固定の際に耐熱性アルミナ、シリカを主成分とする無機系接着剤が用いられ、碍子を介する場合も多い。
図５に従来の反射鏡一体型光源の部分断面図を示す。図において、発光管１が口金５に接続され、口金５又は発光管シール部と碍子１０が発光管固定用接着剤６によって接着され、碍子１０と反射鏡４とが碍子固定用接着剤７によって接着されている。ここで、接着剤７の硬化後の該膨張係数と反射鏡４との膨張係数の差により、欠損の生じやすい箇所×で示し、熱による応力の生じる方向を矢印Ａで示す。この状態でランプの点滅を繰り返すことにより、応力が×印付近に集中し、反射鏡のクラックが発生して問題となる。

また、この場合は接着剤等による保温効果も生じることになり、温度上昇に対し不利となるが、碍子の構造を工夫することにより通風構造を設け、冷却効果を上げている場合も見られる（例えば、特許文献１）。
特許３３５３６９３号公報

小型化の手段としての反射鏡小径化は反射鏡自身も熱による影響を大きく受けることとなり、反射鏡の形状によっては大きな熱歪を発生させる結果となる。また、反射鏡外表面の傷や局所的な応力などの外的要因による影響も大きく受けることととなり、熱歪の発生と共に、反射鏡の崩壊につながる。反射鏡に碍子を取り付けることは、先の冷却効果を上げるための通風構造が、反射鏡では複雑な構造になるため対応が難しく、碍子にこうした構造を付加させ、対応していることが多い。また、発光管と反射鏡を保持する部分は直接熱源と接する部分であり、最も熱歪などの発生がし易い部分でもある。こうした熱源と反射鏡を直接、接しないように碍子を設けることは、熱歪の発生を減少させるためにも有効となる。

こうした冷却に対する通風構造や熱源から反射鏡を遠ざけるための効果として碍子の役割は重要であるが、熱歪の発生から反射鏡を崩壊させない効果を考えたとき、碍子を取り付けることにより、その効果は格段に上がるものの、完全に崩壊を抑制することは出来ない。特に明るさを上げるためにとられる高出力化（高電力化）とともに、その効果も薄れて行くのが現状であり、問題となっている。

光源装置の小型化を考えた場合、反射鏡の小型化は重要な項目ではあるが、発光管からの熱による歪の発生は助長されることとなり、結果的には反射鏡を崩壊させるに至る場合がある。こうした問題を軽減させるため、直接熱源である発光管を保持する部分には碍子を設け、熱歪の発生を軽減させる手段が用いられているが、碍子を用いることによる弊害も発生することになる。

碍子を用いることの弊害は、例えば碍子と反射鏡の接着強度である。前記説明の様に発光管は反射鏡で出射光を適切に制御出来る位置で碍子に固着されている。従って、反射鏡と碍子の接着強度低下による“ずれ”等は、出射光を著しく低下させてしまうことになり問題である。更に大きな問題としては、こうした接着剤低下による碍子の脱落である。碍子が脱落した場合、発光管も一緒に脱落することになる。

碍子と反射鏡の接着力低下によるずれ又は脱落を防止するには接着剤の強度を強くすることが考えられる。通常用いられる接着剤は耐熱性の観点から無機系接着剤を用いるが、この接着剤の接着力を強化するには反射鏡の材料である硝子と反応させることにより、強化を図る場合が多い。具体的には反射鏡材料と反応するアルカリ成分を含有させることである。アルカリ成分とはナトリウムやリチウムなどのアルカリ金属である。

アルカリ金属を用いた場合、接着強度のアップは硝子材料との反応となるため、反応する場所に依っては、反応箇所を起点として、反射鏡のクラックを早期に発生させることとなる。反射鏡のクラック現象はこうした反応などによる、欠損や取り扱いにより発生する傷などの欠損により発生する。また、ランプ点滅による局所的な温度変化から生じる熱歪により欠損が生じ、クラックに至る場合もある。

ランプ点滅による温度変化は使用上ある程度は避けられない現象である。こうした温度変化は硝子に圧縮や引っ張りと言った応力を発生させる。反応や傷などの欠損がこうした応力と結びついた場合には早期にクラックを発生させる結果となる。圧縮や引っ張り応力の発生は反射鏡の形状が大きく変化する箇所や温度変化が大きい箇所に発生するが、反射鏡と碍子の一般的な取り付け状態や位置を考えると反射鏡開口部と反対側に位置する反射鏡ボトム部底面と反射鏡外周部側面とで形成される角部である稜線部及びその近傍（反射鏡ボトム部端面付近）に応力が集中することとなり、この付近がクラックの起点となる場合が非常に多い。

本発明は、光源装置の小型化を最優先で考えた場合、反射鏡を小型化にしても熱歪の発生を抑え反射鏡を崩壊させない良好な光源装置を提供することにある。

本発明の第１の側面は、反射鏡、一対の電極を有するダブルエンド型放電灯、及び放電灯が固定されるとともに反射鏡に無機系接着剤で固定される碍子からなり、放電灯が反射鏡に光軸配置されるように碍子と反射鏡が固定される光源装置であって、反射鏡のボトム部の底面と外周部側面で形成される角部が空気層で覆われている光源装置である。

本発明の第２の側面は、反射鏡、一対の電極を有するダブルエンド型放電灯、及び放電灯が固定されるとともに反射鏡に無機系接着剤で固定される碍子からなり、放電灯が反射鏡に光軸配置されるように碍子と反射鏡が固定される光源装置であって、反射鏡のボトム部が底面、外周部側面及び底面と外周部側面で形成される角部からなり、無機系接着剤が、外周側面であって角部を含まない部分に塗布される構成とした。

本発明の第３の側面は、反射鏡、一対の電極を有するダブルエンド型放電灯、及び放電灯が固定されるとともに反射鏡に無機系接着剤で固定される碍子からなり、放電灯が反射鏡に光軸配置されるように碍子と反射鏡が固定される光源装置であって、反射鏡に塗布された無機系接着剤の光軸後方側の端部が、反射鏡のボトム部底面が切る平面よりも光軸前方側に位置するように構成した光源装置である。

本発明の第４の側面は、反射鏡、一対の電極を有するダブルエンド型放電灯、及び放電灯が固定されるとともに反射鏡に無機系接着剤で固定される碍子からなり、放電灯が反射鏡に光軸配置されるように碍子と反射鏡が固定される光源装置であって、反射鏡に塗布された無機系接着剤の内径が、反射鏡のボトム部底面の外径よりも大きくなるように構成した光源装置である。

また、上記第１から第４の側面において、碍子の光軸前方側開口部に、光軸前方側に伸長し碍子の外径よりも小さい径の環状の仕切り壁を設け、反射鏡のボトム部底面と無機系接着剤とが仕切り壁によって隔離される構成とした。

本発明の第５の側面は、第１の側面から第４の側面いずれかの光源装置、放電灯点灯用の電子安定器、及び光源装置及び電子安定器を内部に固定する筐体を備えたプロジェクターである。

反射鏡ボトム部端面付近に碍子と反射鏡を固着するための接着剤を塗布しない、又は塗布されない構造の碍子を用いることで、小型反射鏡を用いた光源装置でも点滅による温度変化による反射鏡材である硝子に発生する応力と接着剤と反応などによる欠損を結びつけること無く、早期の反射鏡クラックなどの不具合がない良好な光源装置を提供することが出来る。

上述の問題点に対処するため、応力が集中する箇所で如何に欠損を生じさせないかを考慮した場合、少なくともアルカリ成分の含まれる接着剤を反射鏡ボトム部端面付近に塗布しないことが反射鏡クラックなどの不具合などに極めて有効である。

一般的に碍子にセラミックを用いるのは、耐熱性や接着剤の劣化を考慮してのものである。また、コージュライトを用いるのは、碍子の材質として一般的なセラミックであるステアタイトより、膨張係数が小さく、反射鏡の膨張係数に近いため温度による応力の発生を防ぐ効果が期待できるからである。

次に実施例について説明する。図１は、本発明に係る光源装置の第１の実施例を一部省略して示す図である。図において、１は石英ガラス製発光管で、発光管１の両端には電極２ａ，２ｂが封止部に埋め込み固定されている。電極２ａ，２ｂ間距離、すなわちアーク長は１．０ｍｍである。５は口金、８は受け台、１０は碍子、１１は外部線である。

このようにして形成された発光管１の中には、封入物としてハロゲンガス、Ｈｇ、始動用アルゴンが封入されている。なお３ａ，３ｂは電極２ａ、２ｂに接続されたモリブデン箔で、電力供給線９に接続され、安定器に接続される。

発光管（放電灯）１が口金５に接続され、口金５又は発光管シール部と碍子１０がアルミナ、シリカを主成分とする発光管固定用接着剤６によって接着され、碍子１０とダイクロイック反射鏡４とが碍子固定用接着剤７によって接着されている。なお、口金５を省略して発光管１のみを碍子１０と接着してもよい。

上記の光源装置は専用電子安定器を用いて１５０Ｗの電力で放電灯軸が水平になるように点灯するものである。

実施例、従来例共に反射鏡は膨張係数を比較的低く抑えた耐熱性の高いホウケイ酸硝子又は、アルミナシリケート硝子などを使用し、外形５０ｍｍ×５０ｍｍサイズでＦは７ｍｍである。

図２に本考案の実施例の反射鏡と碍子との接続部構造の拡大断面図を示す。従来例の図５と同様の部分には同じ符号を付し説明を省略する。従来例とは碍子固定用接着剤７が塗布される位置が異なる。本実施例においては、反射鏡４のボトム部の底面外周付近、即ち、底面４ｂと側面４ｃによって形成される角部４ａ周辺に接着剤７が塗布されないような構成とした。言い換えると、角部４と碍子１０の間に空気層が設けられ、角部４ａが空気層で覆われることになる。具体的には、接着剤７が、反射鏡４のボトム部の外周側面４ｃであって底面４ｂと側面４ｃによって形成される角部４ａを含まないような位置に塗布されるようにした。
これにより、角部４ａは熱膨張率の異なる部材との（直接又は間接的）接触から開放され、点滅によるヒートサイクルによる損傷を回避することができる。

なお、図１又は図２からも分かるように、角部４ａは底面４ｂと側面４ｃをつなぐ部分として定義される。従って、角部４ａについて、丸みを帯びた稜線状のものであっても角張った形状のものであっても本発明における角部に含まれる。

なお、接着剤７が角部４ａまで到達しないようにするために、接着剤７を碍子１０の平面１０ａで仕切るようにしてもよいし、接着剤７の量や粘性を調節するようにしてもよい。その結果、硬化後の接着剤７の光軸後方側の端部がボトム部の底面４ｂよりも光軸前方側に位置するようになる。また、この場合、硬化後の接着剤７の内径はボトムの底面４ｂの外径より大きくなる。

なお、平面１０ａは必ずしも反射鏡４に接している必要はなく、接着剤７の粘性などを考慮して接着剤７が角部４ａに流れ込まなければ、平面１０ａと反射鏡４との間に隙間があってもよい。また、角部４ａ周辺の温度変化を適切に制御するため当該隙間に充填材を充填してもよい。

実施例１においては接着剤７と角部４ａとを碍子１０の垂直方向の一平面１０ａによって及び／又は接着剤７の性質を利用して分離する例を示したが、第２の実施例においてはその分離を碍子１０に設けた水平方向の仕切り壁１０ｂによって行い接着剤の接着表面積を増やすものを示す。
図３に本実施例の拡大図を示す。碍子１０には光軸前方方向の開口部に伸長し光軸を中心とした環状をなす仕切り壁１０ｂが設けられている。この仕切り壁１０ｂによって硬化前の接着剤７が角部４ａ方向へ流れるのを防止するとともに、仕切り壁１０ｂによって作られた溝１０ｃの方へも接着剤７が流れ込むようになる。これにより、第１の実施例と同様に角部４ａが熱膨張率の異なる部材との（直接又は間接的）接触から開放されるとともに接着剤７と碍子１０との接着表面積を増すことができる。

なお、本実施例においても第１の実施例と同様に、仕切り壁１０ｂは必ずしも反射鏡４に接している必要はなく、接着剤７の粘性などを考慮して接着剤７が角部４ａに流れ込まなければ仕切り壁１０ｂと反射鏡４との間に隙間があってもよい。

また、本実施例では仕切り壁１０ｂを設けた結果として溝１０ｃが構成されるようにしたが、碍子１０に対して溝１０ｃを積極的に設けるような変形を行ってもよいし、仕切り壁１０ｂ又は溝１０ｃを複数段設けてもよい。

以上より、接着表面積を増大させて接着をより強固にすることができる。即ち、熱応力などから保護すべき角部４ａに接着剤を塗布しない代わりに、熱応力に対して比較的耐性の高い他の部分を利用して接着能力をより強化することができる。

実施例１及び２において説明したような光源装置では、従来の光源装置に比べ、小型化の反射鏡をもちいて碍子と反射鏡を強固に固着しても、接着剤に起因する熱歪の発生を反射鏡の熱応力の集中する部分に発生させることがなく、その部分に端を発する反射鏡のクラックなどの不具合を発生させることはない。

なお、実施例ではショートアーク型の水銀灯を用いて説明したが、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１及び２においては、反射鏡４、碍子１０、発光管１などからなる光源装置を示したが、第３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４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１２と発光管１を点灯するための電子安定器１３とが筐体１４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１２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及び２において示したような小型化された光源装置を内蔵するので筐体１４も小型化でき、設置場所を取らない好適なプロジェクターを構成することができる。ここで、筐体１４の小型化に伴い筐体内部の温度が上昇したとしても、上述のように耐ヒートサイクル性の高い光源装置を用いるので、光源装置及びプロジェクター全体の信頼性も充分確保できる。

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の実施例に係る光源装置の一部拡大図である。本発明第２の実施例に係る光源装置の一部拡大図である。本発明第３の実施例に係る光源装置の一部拡大図である。従来の光源装置の一部拡大図である。

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
４ａ角部
４ｂ底面
４ｃ側面
５口金
６発光管固定用接着剤
７碍子固定用接着剤
８受け台
９電力供給線
１０碍子
１０ａ平面
１０ｂ仕切り壁
１０ｃ溝
１１外部線
１２光源装置
１３電子安定器
１４筐体

Claims

反射鏡（４）、一対の電極を有するダブルエンド型放電灯（１）、及び該放電灯が固定されるとともに該反射鏡に無機系接着剤（７）で固定される碍子（１０）からなり、該放電灯が該反射鏡に光軸配置されるように該碍子と該反射鏡が固定される光源装置であって、
前記反射鏡のボトム部の底面（４ｂ）と外周部側面（４ｃ）で形成される角部（４ａ）が空気層で覆われ、
前記碍子が、前記接着剤が該碍子と前記反射鏡の隙間から前記角部に到達するのを防止する平面（１０ａ）を備えたことを特徴とする光源装置。
反射鏡（４）、一対の電極を有するダブルエンド型放電灯（１）、及び該放電灯が固定されるとともに該反射鏡に無機系接着剤（７）で固定される碍子（１０）からなり、該放電灯が該反射鏡に光軸配置されるように該碍子と該反射鏡が固定される光源装置であって、
該反射鏡のボトム部が底面、外周部側面及び該底面と該外周部側面で形成される角部からなり、該無機系接着剤が、該外周側面であって該角部を含まない部分で、かつ、該反射鏡の外周面と該碍子の平面（１０ａ）で画定される部分に塗布されたことを特徴とする光源装置。
反射鏡（４）、一対の電極を有するダブルエンド型放電灯（１）、及び該放電灯が固定されるとともに該反射鏡に無機系接着剤（７）で固定される碍子（１０）からなり、該放電灯が該反射鏡に光軸配置されるように該碍子と該反射鏡が固定される光源装置であって、
該反射鏡に塗布された該無機系接着剤の光軸後方側の端部が、該反射鏡のボトム部底面が切る平面よりも光軸前方側で、かつ、該反射鏡の外周面と該碍子の平面（１０ａ）で画定される領域に位置することを特徴とする光源装置。
反射鏡（４）、一対の電極を有するダブルエンド型放電灯（１）、及び該放電灯が固定されるとともに該反射鏡に無機系接着剤（７）で固定される碍子（１０）からなり、該放電灯が該反射鏡に光軸配置されるように該碍子と該反射鏡が固定される光源装置であって、
該反射鏡に塗布された該無機系接着剤の内径が、該反射鏡のボトム部底面の外径よりも大きく、該無機系接着剤が該反射鏡の外周面と該碍子の平面１０ａで画定される領域に塗布されたことを特徴とする光源装置。
請求項１から４いずれか一項に記載の光源装置において、前記無機系接着剤が前記反射鏡の外周面と前記碍子の内周面の間に塗布されたことを特徴とする光源装置。
請求項１から５いずれか一項に記載の光源装置において、前記碍子の光軸前方側開口部に、該光軸前方側に伸長し該碍子の外径よりも小さい径の環状の仕切り壁（１０ｂ）を設け、前記反射鏡のボトム部底面と前記無機系接着剤とが該仕切り壁によって隔離されていることを特徴とする光源装置。
請求項１から６いずれか一項に記載の光源装置（１２）、前記放電灯点灯用の電子安定器（１３）、及び該光源装置及び該電子安定器を内部に固定する筐体（１４）を備えたことを特徴とするプロジェクター。