JP4752959B2 - 光源装置 - Google Patents

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本発明は、液晶プロジェクタ、DLPプロジェクタ、照明装置等に用いられる光源装置に関する。
小型で且つ投影画像が明るいことが要求される液晶プロジェクタやDLPプロジェクタの光源装置は、その光源として、小型で高輝度発光が得られるショートアークタイプの高圧水銀蒸気放電ランプを用いているが、この種のランプは、概して冷間時(cold condition)の始動性能や熱間時(hot restrike)の再始動性能が良くないという問題があるため、始動補助光源を設けて始動性能を高めることとしている。
図7に示す光源装置は、高圧放電ランプ51の点灯始動時に、ランプ51の放電容器54に対して紫外線を照射する放電管80を配している(特許文献1参照)。
この高圧放電ランプ51は、石英ガラス管で成る発光管52の中央部に、一対のタングステン電極56、56が約1mm程度の短い電極間距離で互いに対向して配置されると共に、水銀と臭素等のハロゲンとアルゴンガス等の始動用ガスとが充填された放電容器54が形成され、当該放電容器54から発光管52の両端にかけて、電極56と金属箔57と電極リード58とを封着した一対の電極封着部59R、59Lが形成され、当該電極封着部59R、59Lの端面から突出した電極リード58、58を介して点灯回路に接続されている。
そして、この高圧放電ランプ51が、片方の電極封着部59Lを凹面反射鏡81の底部に開口するボトム孔83に挿通して当該反射鏡81と一体的に取り付けられると共に、当該ランプ51の点灯始動時にその始動性能を高める紫外線を放電容器54に向けて照射する始動補助光源となるグロー放電管80が配されている。
また、グロー放電管80は、石英ガラスで成るガラス封管84の内部に、水銀蒸気を含むアルゴンガス等の希ガスが封入されると共に、当該ガラス封管84の両端から突出する一対のリード線86、86を有した金属箔で成る内部電極85が収容配設され、そのガラス封管84の外周部に線径約0.2mmのクロミウム・アルミニウム鉄合金線89を巻き付けて形成されるコイル状の外部電極87が配設された簡易な構造となっているので、製作コストも嵩まないという利点がある。
そして、グロー放電管80の内部電極85と外部電極87が、夫々ランプ点灯回路の片極側88Rと他極側88Lに接続されて、その内部電極85と外部電極87との間に始動用の高周波パルス電圧が印加されることにより、放電管80の本体となるガラス封管84内の水銀蒸気中でグロー放電が生じて紫外線が発生し、その紫外線の一部が、反射鏡81に設けられた冷却エアの通風孔82を通じて反射鏡81の内部に配置されたランプ51の放電容器54に直接照射されるかあるいは反射鏡81の反射面で反射して照射されるようになっている。
しかしながら、コイル状の外部電極87をその外周部に設けた場合、コイルの巻き数が少ないと、放電管80からの紫外線の発生量が少ないので、ランプ51の放電容器54に向けて必要十分な量の紫外線を照射することができず、また、コイル状外部電極87のコイルの巻き数を多くすると、当該外部電極87で紫外線が遮られて、ランプ51の放電容器54に必要十分な量の紫外線を照射することができないという問題もある。
そして、最近ではさらなる始動性の向上が求められ、より低い始動電圧で放電管80から紫外線を照射させることが要請されている。
登録実用新案第3137961号公報
本発明は、より低い始動電圧で始動用光源を放電開始させることにより、高圧放電ランプの放電容器内に必要十分な量の紫外線を照射させて、始動性を向上させることを技術的課題としている。
上記課題を解決するために、本発明は、発光管の放電容器内に、一対の電極が対向して配置されると共に、少なくとも発光物質と始動用ガスが封入され、当該放電容器から発光管の両端に至る部分を気密に封止して前記各電極を封着した一対の電極封着部が形成され、当該各電極封着部の端面から突出した電極リードを介して点灯回路に接続される高圧放電ランプと、当該ランプの点灯始動時にその始動性能を高める紫外線を前記放電容器に向けて照射する始動用光源とを備えた光源装置において、
前記始動用光源は、前記ランプの点灯始動時に前記電極間に印加される始動電圧により、その発光部内に設けられた内部電極と、放電管外部に設けられた外部電極との間で放電を起こさせて紫外線を発生する放電管で形成され、前記発光部に、前記内部電極とは別に、少なくとも一つの電集中部形成用金属片が封入され、前記外部電極が、放電管を掴んで保持するホルダで形成されたことを特徴としている。
本発明によれば、高圧放電ランプの点灯始動時に、始動回路から供給される始動電圧により、例えば内部電極が負極に、外部電極が正極に印加されると、内部電極と外部電極との間に電界が形成され、内部電極と外部電極との間で絶縁破壊を生ずると紫外線が照射される。
このとき、発光部には金属片が封入されており、金属片が内部電極に接していれば負極に印加されてそのエッジ部に電が集中し、しかも、そのエッジ部が外部電極に近づくので、エッジ部で絶縁破壊が起こりやすくなり、低電圧で放電開始される。
また、金属片が内部電極に接しないで発光部内周面に接している場合は、発光部は分極されてその内周面は内部電極の反対極性を帯びているので、金属片が内部電極の反対極性を帯び、そのエッジ部に電が集中し、しかも、そのエッジ部が内部電極に近づくので、エッジ部で絶縁破壊が起こりやすくなり、低電圧で放電開始される。
いずれの場合も、金属片のエッジ部に電が集中することとなり、しかも、内部電極あるいは外部電極に近づくため、エッジ部から放電が起きやすく低電圧で放電開始されることとなる。
本発明に係る光源装置の一例を示す全体図。 始動用光源となる放電管の一例を示す説明図。 封入金属片の例を示す図。 放電管内の電離状態を示す模式図。 始動電圧と放電管の絶縁破壊率の関係を示すグラフ。 光源装置のほかの実施例を示す説明図。 高圧放電ランプの始動性能を高めるための従来技術を示す図。
本発明に係る光源装置は、より低い始動電圧で始動用光源を放電開始させることにより始動性を向上させるため、高圧放電ランプの点灯始動時にその始動性能を高める紫外線を前記放電容器に向けて照射する始動用光源を備え、当該始動用光源は、ランプの点灯始動時に前記電極間に印加される始動電圧により、その発光部内に設けられた内部電極と、放電管外部に設けられた外部電極との間で放電を起こさせて紫外線を発生する放電管で形成され、当該発光部に、前記内部電極とは別に、少なくとも一つの電集中部形成用金属片を封入した。
図1に示す光源装置S1は、高圧放電ランプ1と、当該ランプ1から放射される光を反射する凹面反射鏡2と、ランプ1の始動性能を高める紫外線を発生する始動用光源3とを備えている。
高圧放電ランプ1は、石英ガラスで成る発光管4の放電容器5内に、一対のタングステン電極6R、6Lが約1mm程度の短い極間距離で対向して配置されると共に、水銀と臭素等のハロゲンとアルゴンガス等の始動用ガスとが封入され、その放電容器5から発光管4の両端に至る部分を気密に封止して各電極6R、6Lとこれに接続されたモリブデン箔で成る金属箔7とモリブデンワイヤで成る電極リード8とを封着した一対の電極封着部9R、9Lが形成されている。
そして、各電極封着部9R、9Lの端面10から突出した電極リード8、8が、ランプ電力を供給する点灯回路11の片極側12Rと他極側12Lに夫々接続されると共に、電極6R、6L間のアーク放電を促すトリガ線/アンテナ線となる金属線13が、その片端側を電極封着部9Rの端面10から突出した電極リード8に接続し、その他端側を電極封着部9Lの外周部にループ状に巻き付けるように配線されている。
凹面反射鏡2は、その底部に、高圧放電ランプ1の片方の電極封着部9Lを挿通させてセメント等で固定するボトム孔14が開口形成されると共に、その反射部に、高圧放電ランプ1の他方の電極封着部9Rから突出する電極リード8に接続されたニッケル線で成るリード線15を挿し通す配線孔16が穿設され、その反射部の背面に、配線孔16から引き出されたリード線15を固定する配線金具17が固着されている。
始動用光源3は、高圧放電ランプ1の点灯始動時にその始動用電圧を電極6R、6L間に印加する点灯回路11に対してランプ1と並列に接続されて、放電管18の内部電極19と外部電極20との間に始動用電圧が印加されることにより紫外線を発生する構成となっている。
放電管18は、図2(a)に示すように、その本体が、石英ガラス製のガラス封管21で形成され、当該ガラス封管21には、片端側に金属箔28を介してリード線22が接続されたモリブデンの金属ロッドで成る内部電極19と、少なくとも一つの電集中部形成用金属片29が収容配設されると共に、その内部にアルゴンガス等の希ガスが充填されている。
このガラス封管21は、希ガスが充填された発光部23aの片端側をチップオフして封止し、他端側がピンチシールされてピンチシール部23bが形成されている。そして、当該ピンチシール部23bに、両端が内部電極19及びリード線22に溶接されたモリブデン箔などの金属箔28が封着されている。
すなわち、内部電極19はその基端部19aが放電管18のピンチシール部23bに封着され、先端部19bがそのピンチシール部23bから発光部23a内に露出されるように延設されている。
また、内部電極19は、ガラス封管21のピンチシール部23bから突出したリード線22を介して点灯回路11の片極側(電極6R側)12Rに接続されている。
集中部形成用金属片29は、例えば、モリブデン、ニッケル、タングステンのような耐熱金属が用いられ、その形状は発光部23a内に収まれば任意であり、例えば、図3(a)に示すような方形板状体に限らず、図3(b)に示すように方形板状体を波板状に折り畳んだものや、図3(c)に示すようなロッド状のもの、図3(d)に示すようなパイプ状のもの、図3(e)に示すようなコイル状のもの、図3(f)に示すような星形に打ち抜いたものなど任意のものを用いることができる。
放電管18の外部電極20は、発光部23a及びピンチシール部23bの双方に近接又は密接して設けられると共に、少なくとも発光部23aに設けられる部分が、放電管18の外周面24の一部を露呈させた状態に掴んで保持する形状に金属板を曲げ加工したホルダHで形成されている。
すなわち、ホルダHには、放電管18の外周面24を覆うように金属板が曲げ加工されると共に、その先端突合せ部分が離反された形状に形成されて、電極封着部9Lの端面10と対面する放電管18の外周面24の一部を露呈させるスリット部20aが形成され、そのスリット部20aで露呈される部分を残して、その外周面24を覆い隠す形状に形成されている。
さらに、放電管18の外周面を覆う部分の内面は紫外線反射面20bに形成されており、放電管18から放射される紫外線を少しでも多くスリット部20aに向けて案内することにより、紫外線の照射量を実質的に増大させることができる。
また、ホルダHには、その金属板の一部によって、外部電極20を内部電極19と反対極性の電圧が印加される導体部品(電極リード8)に固定して電気的に接続するための端子26となる圧着タブ端子が形成されている。
なお、本例では、発光部23a及びピンチシール部23bに設けられる部分が、夫々、発光部23a及びピンチシール部23bの外周面を掴んで保持するように、厚さ0.2mmのバネ用ステンレス鋼板(SUS304−CSP)等の一枚の金属板を曲げ加工して形成されている。
そして、図2(b)図示のように、ホルダHの端子26が電極リード8を把持するように折り曲げられて当該電極リード8にスポット溶接されることにより、放電管18が剛直性を有するモリブデンワイヤで成る電極リード8に対して確りと固定されると同時に、金属製のホルダHで成る外部電極20が、点灯回路11の他極側(電極6L側)12Lに対して電気的に接続されている。
これにより、放電管18の外周面24から電極封着部9Lの端面10に向って放射される紫外線がその端面10に直接入射されると同時に、放電管18の外周面24からホルダH2の内面に向かって放射される紫外線もその内面で反射されて電極封着部9Lの端面10に入射されるので、ランプの始動性能が著しく向上する。
以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
ホルダHのスリット20aを高圧放電ランプ1の電極封着部9Lの端面10と対向するように上向きにして当該ホルダHを電極リード8に固定し、これにガラス封管21を挿入すれば、外部電極20を備えた放電管18が装着されることになる。そして、放電管18の内部電極19のリード線22を点灯回路11の片極側(電極6R側)12Rに溶接等により接続すれば、始動用光源となる放電管18の取付作業は完了する。
このとき、ホルダHは、タブ端子26を曲げることにより電極リード8に仮止めできるのでその位置決めが容易になり、また、タブ端子26を介して電気的に接続されるので面倒な外部電極20の配線作業も簡略化することができる。
ここで高圧放電ランプ1を点灯始動させると、その点灯回路11から放電管18の内部電極19と外部電極20との間に始動用電圧が印加され、内部電極19と外部電極20が反対極性を帯びて両者間に電界が形成され、内部電極と外部電極との間で絶縁破壊を生ずると紫外線が照射される。
本例では、発光部23aに電集中部形成用金属片29が封入されているので、例えば、内部電極19及び外部電極20がそれぞれ負極及び正極に印加される場合、図4(a)に示すようにその金属片29が内部電極19に接していれば負極性を帯びる。
このとき、金属片29のエッジ部30、中でも特にエッジの角部30aに電が集中し、しかも、そのエッジ部30(30a)から外部電極20までの距離が短くなるので、エッジ部30(30a)で絶縁破壊が起こりやすくなり、低電圧で放電開始される。
また、図4(b)に示すように金属片29が内部電極19に接しないで、発光部23aの内周面に接している場合も低電圧で放電開始される。
すなわち、内部電極19と外部電極20間に形成される電界により、発光部23aは分極されてその内周面は内部電極19の反対極性である正極に印加されているので、内周面に接している金属片29も内部電極19の反対極性を帯び、そのエッジ部30(30a)に電が集中し、しかも、そのエッジ部が内部電極に近づくので、エッジ部で絶縁破壊が起こりやすくなり、低電圧で放電開始される。
このように、金属片29が内部電極19に接触してもしなくても、いずれの場合も、金属片29のエッジ部30(30a)に電が集中することとなり、しかも、内部電極19に近づくため、エッジ部30(30a)から放電が起きやすく、したがって、低電圧で放電開始されることとなる。
そして、内部電極19と外部電極20との間で絶縁破壊を生じ、放電管18の本体を成すガラス封管21内に封入された希ガス中でその希ガスを励起する放電が生じて紫外線が発生し、当該紫外線が、外部電極20を形成するホルダHのスリット20aから放射されてランプ1の電極封着部9Lの端面10に入射され、電極封着部9L内を透過・伝播して放電容器5内に照射されることにより、放電容器5内に封入した始動用ガスが励起されると共に、電極6R、6Lを形成するタングステンが放電開始に必要な初期電子を放出して高圧放電ランプ1の始動が促進される。
なお本例では、放電管18の外部電極20は、発光部23a及びピンチシール部23bの双方に密接又は近接して設けられ、少なくとも発光部23aに設けられる部分が、その外周面24を掴んで保持する形状に曲げ加工された金属板で成るホルダHで形成されているので、発光部のみに設けられている場合や、コイルを巻き付けて形成されている場合に比して、その電極面積が格段に大きく、ランプの始動性能を高めるために必要十分な量の紫外線を発生させることができる。
また、ホルダHのスリット部20aが、電極封着部9Lの端面10と対向しており、しかも、放電管18の外周面24を覆う部分の内面側が紫外線反射面20bで形成されているので、放電管18内で発生した紫外線をスリット部20aから無駄なく放射させて、電極封着部9Lの端面10に効率良く入射させることができる。
さらに、高圧放電ランプ1の電極封着部9Lの端面10と対向する位置に設ければ、ランプの点灯中に高温に熱せられることがないから、ランプ消灯直後の熱間時においても安定的に放電を生じて紫外線を発生させることができる。
また、放電管18は、簡易な構成であるから、その製作コストも嵩まない。また、放電管18の外周面24を保持するホルダHは、ランプ1の電極リード8に溶接して固定されるので、当該電極リード8から脱落するおそれがないし、電極リード8は、剛直性を有するモリブデンワイヤで形成されているので、当該電極リード8が不如意に曲がってホルダHに保持された放電管18の外周面24が電極封着部9Lの端面10と対向しなくなるというような不具合を生ずるおそれもない。
図5は始動電圧と放電管の絶縁破壊率の関係を示すグラフであって、図3(a)に示す電集中部形成用金属片29を封入した放電管18の実験データDと、他の条件は同一で電集中部形成用金属片29を封入していない点でのみ異なる放電管の実験データDを比較して示す。
このグラフより、始動電圧を1kVとしたときに、金属片29を封入していない放電管は絶縁破壊確率が約10%と極めて低く、ほとんどが絶縁破壊しないのに対し、金属片29を封入した放電管18は絶縁破壊確率100%となり、そのすべてで絶縁破壊が観察された。
すなわち、始動電圧を1kVまで低下させても、放電管18が絶縁破壊されて紫外線が確実に発生するので、これにより、高圧放電ランプ1の始動が促進されることとなる。
図6は他の実施形態を示す。なお、図1及び図2と重複する部分については同一符号を付して詳細説明を省略する。
本例の光源装置S2は、高圧放電ランプ31として、ガラス製の気密管32にセラミック製の耐熱性発光管33を収納したセラミックメタルハライドランプが用いられ、その気密管32の内部に、始動用光源となる放電管18が配されている。
気密管32は、その片端側が熱間圧着されてピンチシール部34が形成され、発光管33の両端から導出された電極リード35A,35Bに接続された一対のリード線36A,36Bが前記ピンチシール部34から気密管32の外部に導出されている。
セラミック製発光管33は、放電容器37内に一対の電極(図示せず)が対向して配置されると共に、少なくとも発光物質と始動用ガスが封入され、当該放電容器37から発光管32の両端に至る部分を気密に封止して前記各電極を封着した一対の電極封着部38A、38Bが形成され、当該各電極封着部の端面から突出した前記電極リード35A,35Bがリード線36A,36Bを介して点灯回路(図示せず)に接続されている。
放電管18の発光部23aには、任意形状の電集中部形成用金属片29が封入されているので、当該金属片27が内部電極19に接触している場合はこれと同極性に帯電し、内部電極19に接触せずに発光部23a内周面に接触している場合は内部電極19の反対極性に帯電して、いずれの場合もそのエッジ部30(特に角部30a)に電が集中し、しかも、電極間距離が実質的に短くなるので、内部電極19及び外部電極20間で絶縁破壊を起こしやすくなる。
放電管18の外部電極20となるホルダHは、そのスリット部20aを発光管33に向けて、タブ端子26が発光管33の他方の電極リード35Bに給電するリード線36Bを把持するように折り曲げられて圧着されると共に、スポット溶接されて固定されている。
そして、内部電極19のリード線22が発光管33の一方の電極リード35Aに給電するリード線36Aに溶接されている。
本例においても、タブ端子26を利用することによりホルダHを簡単に固定でき、外部電極20への配線作業も簡略化でき、このホルダHに装着した放電管18の内部電極19をリード線36Aに溶接することにより、始動用光源となる放電管18を簡単に取り付けることができる。
そして、高圧放電ランプ31を点灯始動させると、そのリード線36A及び36Bを介して放電管18の内部電極19と外部電極20との間に始動用電圧が印加され、内部電極19と外部電極20が反対極性を帯びて両者間に電界が形成される。
このとき、発光部23aに封入された電集中部形成用金属片29のエッジ部29に電が集中し、しかも、金属片29が存在することにより電極間距離が実質的に短くなるので、絶縁破壊が生じやすくなり、低電圧で放電開始されて紫外線が照射される。
放電管18から紫外線が照射されると、当該紫外線が、ホルダHのスリット20aから放射されて発光管33に照射されることにより、発光管33内に封入された始動用ガスが励起されると共に、電極(図示せず)を形成するタングステンが放電開始に必要な初期電子を放出して高圧放電ランプ31の始動が促進される。
本例でも、放電管18の外部電極20は、発光部23a及びピンチシール部23bの双方に密接又は近接して設けられているので、その電極面積が格段に大きく、ランプの始動性能を高めるために必要十分な量の紫外線を発生させることができる。
また、ホルダHの放電管18の外周面24を覆う部分の内面側が紫外線反射面で形成されているので、放電管18内で発生した紫外線をスリット部20aから無駄なく放射させて、放電容器37内に効率良く入射させることができる。
なお、上記実施例の説明では、外部電極20として、発光部23a及びピンチシール部23bに設けられる部分が、夫々、発光部23a及びピンチシール部23bの外周面を掴んで保持するように一枚の金属板を曲げ加工して形成した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、少なくとも、発光部23aに設けられる部分が金属板を曲げ加工して形成されていれば足り、ピンチシール部23bに設けられる部分は、例えば一端がホルダHに接続されたコイルをピンチシール部23bに巻き付けて形成してもよい。
また、ホルダHにスリット部20aを形成する場合に限らず、透孔を形成する場合であっても良い。
さらに、放電管18の内部電極19はロッド状のものに限らず、金属箔28をそのまま発光部23a内に延設する場合であってもよい。
本発明は、本発明は、液晶プロジェクタやDLPプロジェクタ、照明装置などの光源装置に用いられる高圧放電ランプ始動性能向上に資するものである。
S1 光源装置
1 高圧放電ランプ
3 始動用光源
18 放電管
19 内部電極
20 外部電極
23a 発光部
23b ピンチシール部
24 外周面
H ホルダ
26 端子
29 電集中部形成用金属片

Claims (4)

  1. 発光管の放電容器内に、一対の電極が対向して配置されると共に、少なくとも発光物質と始動用ガスが封入され、当該放電容器から発光管の両端に至る部分を気密に封止して前記各電極を封着した一対の電極封着部が形成され、当該各電極封着部の端面から突出した電極リードを介して点灯回路に接続される高圧放電ランプと、当該ランプの点灯始動時にその始動性能を高める紫外線を前記放電容器に向けて照射する始動用光源とを備えた光源装置において、
    前記始動用光源は、前記ランプの点灯始動時に前記電極間に印加される始動電圧により、その発光部内に設けられた内部電極と、放電管外部に設けられた外部電極との間で放電を起こさせて紫外線を発生する放電管で形成され、
    前記発光部に、前記内部電極とは別に、少なくとも一つの電集中部形成用金属片が封入され
    前記外部電極が、放電管を掴んで保持するホルダで形成されたことを特徴とする光源装置。
  2. 前記ホルダが、内部電極を封止するピンチシール部及び前記発光部の双方の外周面を掴んで保持する形状に金属板を曲げ加工された請求項1記載の光源装置。
  3. 前記高圧放電ランプが、気密に形成された外球内に耐熱性発光管が収納されたメタルハライドランプであり、前記始動用光源が外管内に配され、発光管の両端から突出された電極リードの一方に内部電極が接続され、他方に前記ホルダの端子を介して外部電極が固定された請求項1又は2記載の光源装置。
  4. 前記高圧放電ランプの片方の前記電極封着部が、凹面反射鏡の底部に開口するボトム孔に挿通して取り付けられ、前記ホルダにより、始動用光源の放電管が露呈された外周面が前記片方の電極封着部の端面と対向するように保持され、その端面から突出した前記電極リードに前記ホルダの端子を介して外部電極が固定された請求項1又は2記載の光源装置。
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