JP5034755B2 - 発光管、光源装置及びプロジェクタ - Google Patents
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Description
この特許文献1に記載の直流点灯方式の発光管(ランプ)の電極では、コイル部の後端部は軸部との接触面積が大きくなり、発光管の点灯始動時のコイル部から軸部への熱流出が良好となる一方で、コイル部の先端部は軸部との接触面積が比較的小さくなり、コイル部から軸部への熱流出が抑制される。このため、コイル部の先端側にて、温度上昇に応じてアーク放電が生じやすくなる。
すなわち、交流点灯方式の発光管の各電極は、電圧印加時の極性反転により、陽極及び陰極を交互に受け持つこととなる。このため、陽極時の熱負荷を低減するために、各電極の先端部分(コイル部より更に先端部分)にドーム状の本体部を形成するなどして、電極先端部分の熱容量を大きくする必要がある。このような場合、コイル部の後端側を密に形成し、先端側を疎に形成しても、コイル部の先端部分で生じた熱は本体部に流出してしまうため、当該先端部分が放電起点とならない場合があり、結果として、放電起点の位置が特定できないという問題がある。
一方、当該内層巻回部が、電極先端側に位置している場合には、発光管の点灯始動時に生じた熱が本体部に流出してしまうため、当該内層巻回部に応じた最外層の外表面での放電が開始されない可能性がある。
本発明によれば、ピッチの大きな内層巻回部とピッチの小さな内層巻回部との間に、充填材等が設けられている場合に比べ、これら内層巻回部の間の隙間に応じた位置の最外層の部位の熱伝導性を一層低下させることができる。これによれば、発光管の点灯始動時に、当該部位の温度上昇を一層速やかに行うことができる。従って、放電起点をコイル部の略中央に確実に位置させることができる。
ここで、ピッチの大きな内層巻回部と、ピッチの小さな内層巻回部との隙間の最大寸法が、線材の線径より小さい場合で、かつ、最外層が、ピッチの小さな内層巻回部と同様の巻回部を有している場合には、当該最外層の巻回部のそれぞれは、内層巻回部に接触してしまい、熱伝導性の低下があまり大きくない。これに対し、本発明では、当該隙間の最大寸法が、線材の線径以上に設定されていることにより、外層の各巻回部において、内層に接しない部位を形成することができる。従って、当該部位の熱伝導性をより低下させて、当該部位における発光管の点灯始動時の温度上昇を一層速やかに行うことができるので、コイル部の略中央に応じた外表面に、放電起点を一層確実に位置させることができる。
本発明によれば、外層巻回部が、それぞれ隙間無く連続して形成されていることにより、コイル部の外表面を密に形成することができるので、発光管の定常駆動時には、電極先端部の熱を効率よく電極後端側に伝え、当該電極先端部の温度の低下をすることができる。従って、電極の消耗及び変形を抑制することができ、当該電極の長寿命化を図ることができる。
本発明によれば、前述の発光管と同様の効果を奏することができる。また、発光管の長寿命化を図ることができるので、発光管を頻繁に交換する手間を省くことができる。
本発明によれば、前述の光源装置と同様の効果を奏することができる。また、発光管の長寿命化を図ることができるので、長時間使用による投射画像の輝度低下を抑制することができるほか、光源装置を交換する等のメンテナンスの手間を省くことができる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタ1の構成〕
図1は、本実施形態に係るプロジェクタ1の概略構成を示す模式図である。
プロジェクタ1は、内部に設けられた光源装置411から射出される光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成し、当該画像光に係る画像をスクリーン(図示省略)等の投射面上に拡大投射するものである。このプロジェクタ1は、図1に示すように、外装筐体2と、投射レンズ3と、光学ユニット4等を備えている。
また、これらの他に、プロジェクタ1は、当該プロジェクタ1内部を冷却する冷却ファン等で構成される冷却ユニット91、プロジェクタ1内部の各構成部材に電力を供給する電源ユニット92、及び、プロジェクタ1全体を制御する制御ユニット93等を備え、これらは、外装筐体2内に配置されている。
このうち、電源ユニット92は、後述する光源装置411を構成する発光管51Aの電極引出線514,515に交流矩形波電圧を印加する。
外装筐体2は、投射レンズ3及び光学ユニット4等を内部に収納配置する全体略直方体状に形成されている。この外装筐体2は、本実施形態では合成樹脂により形成したが、これに限らず、例えば金属等の他の材料にて形成してもよい。
投射レンズ3は、光学ユニット4にて形成された画像光を、スクリーン(図示省略)等の投射面上に結像させるとともに、当該画像光に係る画像を拡大投射する投射光学装置である。この投射レンズ3は、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。
光学ユニット4は、前述の制御ユニット93による制御の下、光源から射出された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した画像光を形成するユニットである。この光学ユニット4は、図1に示すように、外装筐体2の背面に沿って延出するとともに、外装筐体2の側面に沿って延出する平面視略L字形状を有している。
この光学ユニット4は、照明光学装置41と、色分離光学装置42と、リレー光学装置43と、電気光学装置44と、これら光学部品41〜44を内部に収納配置するとともに、投射レンズ3を所定位置で支持固定する光学部品用筐体45とを備えている。
第2レンズアレイ413は、第1レンズアレイ412と同様の構成を有しており、第1レンズアレイ412の小レンズに対応する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。この第2レンズアレイ413は、重畳レンズ415とともに、第1レンズアレイ412の各小レンズの像を、電気光学装置44の後述する液晶パネル442の画像形成領域に結像させる機能を有している。
具体的に、偏光変換素子414によって略1種類の直線偏光に変換された各部分光は、重畳レンズ415によって最終的に後述する液晶パネル442の画像形成領域にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネルを用いたプロジェクタでは、1種類の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源装置411からの光の略半分を利用できない。このため、偏光変換素子414を用いることで、光源装置411からの射出光を略1種類の直線偏光に変換し、電気光学装置44での光の利用効率を高めている。
リレー光学装置43は、入射側レンズ431、リレーレンズ433及び反射ミラー432,434を備え、色分離光学装置42で分離された赤色光を赤色光用の液晶パネル442Rまで導く機能を有している。
この電気光学装置44は、図1に示すように、前述のフィールドレンズ441と、光変調装置としての液晶パネル442(赤色光用の液晶パネルを442R、緑色光用の液晶パネルを442G、及び、青色光用の液晶パネルを442Bとする)と、これら各液晶パネル442の光束入射側にそれぞれ配置される3つの入射側偏光板443と、各液晶パネル442の光束射出側にそれぞれ配置される3つの視野角補償板444と、当該3つの視野角補償板444の光束射出側にそれぞれ配置される3つの射出側偏光板445と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム446とを備えて構成されている。
光変調装置としての液晶パネル442は、詳しい図示を省略するが、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶が密閉封入した構成を有している。そして、当該液晶パネル442では、前述の制御ユニットから入力する画像情報である駆動信号に応じて、液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板443から射出された偏光光束の偏光方向が変調されることで、画像光が形成される。
この視野角補償板444としては、例えば、トリアセチルセルロース(TAC)等の透明支持体上に配向層を介してディスコティック(円盤状)化合物層を形成したもので構成でき、WVフィルム(富士写真フィルム社製)を採用できる。
図2は、光源装置411の放電ランプ5及び主反射鏡6を示す縦断面図である。
放電ランプ5は、電圧印加によって発光する光源であり、図2に示すように、石英ガラスにより形成された発光管51Aと、当該発光管51Aに取り付けられる副反射鏡52及びトリガー線53とを備えている。なお、このような放電ランプ5としては、高輝度発光する種々の放電光源ランプを採用することができ、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ及び超高圧水銀ランプ等を採用することができる。
発光管51Aは、交流点灯方式の発光管である。この発光管51Aは、当該発光管51Aの中央部分に形成され、かつ、略球状に膨出する発光部511と、発光部511を挟み、かつ、当該発光部511の両端から互いに離間する方向に延出する一対の封止部512,513(図2における左側の封止部を512、右側の封止部を513とする)とを備えている。
このうち、発光部511の内部には、一対の電極8A(封止部512側の電極を8AL、封止部513側の電極を8ARとする)が配置され、当該一対の電極8A間には、水銀、希ガス及び少量のハロゲンを含む発光物質が封入された放電空間Sが形成されている。
ここで、主反射鏡6について説明する。
主反射鏡6は、本発明の反射鏡に相当し、入射した光を反射して、照明光軸A上の第2焦点に収束させるガラス製の一体成形品である。この主反射鏡6は、放電ランプ5の一方の封止部512(光源装置411における光束射出方向の基端側に位置する封止部512)に接着剤Bにより固定されている。このような主反射鏡6には、封止部512が挿通される略円筒状の首状部61と、当該首状部61から拡がる凹曲面状の反射部62とが形成されている。
このうち、反射部62において発光部511に対向する側の回転曲線形状の面には、金属薄膜が蒸着された反射面621が形成されている。この反射面621は、可視光を反射し、かつ、赤外線及び紫外線を透過するコールドミラーとして形成されている。
なお、本実施形態では、主反射鏡6は、回転楕円面を有する楕円面リフレクタで構成されているが、回転放物面を有する放物面リフレクタで構成してもよい。この場合には、平行化凹レンズ7を省略した構成とする。さらに、主反射鏡6は、自由曲面リフレクタで構成してもよい。
副反射鏡52は、発光管51Aの封止部513(主反射鏡6が装着される側とは反対側の封止部513)に装着されるガラス製の成形品であり、発光管51Aと同様の素材により形成されている。この副反射鏡52には、封止部513が挿通される開口5211を有する略円筒状の首状部521と、当該首状部521から拡がる反射部522とが形成されている。
トリガー線53は、発光管51Aの点灯性を向上するための始動補助線であり、一端が封止部512にコイル状に巻回され、中央が発光部511、副反射鏡52及び封止部513に沿ってこれらの外側に配置され、他端が接続部516を介して電極引出線515に接続される。この接続部516には、主反射鏡6の反射部62における端縁近傍に形成された挿通孔622を介して、当該主反射鏡6の外部に延出するリード線517の一端が接続され、当該リード線517の他端は、電極引出線515及びトリガー線53に電圧を印加するための端子54に接続されている。
このようなトリガー線53を設け、当該トリガー線53に高電圧を印加することにより、発光管51Aの点灯性を向上することができる。
図3は、電極8ALを示す側面図である。
一対の電極8Aは、前述のように、封止部512側に配置される電極8ALと、封止部513側に配置される電極8ARとから構成され、当該電極8AL,8ARは、それぞれ同じ構成を有している。
このうち、電極8ALは、図3に示すように、後端側(電極8ARから離間する側)が前述の金属箔5121に接続される芯棒である軸部81と、当該軸部81の先端側(電極8ARに近接する側)に設けられ、かつ、軸部81より直径寸法の大きな大径部82Aとを備えている。このうち、軸部81は、タングステンにより形成されている。
コイル部821は、本実施形態では、図3及び図4に示すように、内層822及び外層823を有する2層のコイルとして形成されている。
具体的に、内層822は、図4に示すように、軸部81における先端側から後端側に向かって、当該軸部81に線材Lを所定回数(本実施形態では、本体部824を形成する前で8巻き)巻回することによって形成されており、前述の本体部824を形成した後では、内層822は5回巻きのコイルとなる。すなわち、内層822は、本体部824の形成後には、軸部81の外周に沿う線材の1巻きに相当する巻回部を5つ(電極8ALの先端側から順に、それぞれ巻回部8221,8222,8223,8224,8225とする)有している。これら巻回部8221〜8225は、本発明の内層巻回部に相当する。
このような隙間SP1が巻回部8223と、当該巻回部8223と隣り合う巻回部8222,8224との間に介在することにより、コイル部821の軸方向に沿う方向において、当該巻回部8223の略中央部分は、巻回部8222,8224と外表面で、それぞれ接触しない。
以下、電極8Aの点灯始動時の放電起点の位置について説明する。
各電極8Aに電圧を印加すると、大径部82Aの外表面に希ガス等のイオンが衝突し、当該大径部82Aが加熱される。この後、電極8Aにおけるアーク放電起点となる位置は、コイル部821の外層823を形成する巻回部8231〜8235のいずれかの外表面となる。
(1)コイル部821の内層822において略中央に位置する巻回部8223のピッチが、内層822の他の巻回部(例えば、巻回部8221)のピッチより大きいことにより、外層823の略中央に位置する巻回部8233と、内層822との接触面積が小さくなる。
これによれば、発光管51Aの点灯始動時に、巻回部8233から内層822への熱の流出を抑制することができるので、巻回部8233の外表面を加熱しやすくすることができ、当該外表面での放電を促進させることができる。従って、発光管51Aの点灯始動時の放電起点を、コイル部821の略中央に位置する巻回部8233に放電起点を位置付けることができる。また、これにより、発光部511の内壁へのアークの衝突確率を下げることができるので、発光管51Aの長寿命化を図ることができ、プロジェクタ1においては、光源装置411の交換を頻繁に行う手間を省くことができる。
以下、本発明の第2実施形態に係るプロジェクタについて説明する。
本実施形態のプロジェクタは、前述のプロジェクタと同様の構成を備えるが、当該プロジェクタ1の電極8Aでは、大径部82Aのコイル部821を構成する外層823は、当該外層823を構成する各巻回部8231〜8235が互いに接触するように、密に形成されていたが、本実施形態のプロジェクタが備える発光管51Bの電極8Bでは、内層及び外層における略中央の各巻回部と、当該各巻回部に隣り合う巻回部との間に隙間が形成されている点において、本実施形態のプロジェクタとプロジェクタ1とは相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
発光管51Bは、発光部511、一対の封止部512,513及び電極引出線514,515を備え、当該発光部511の内部には、一対の封止部512,513に設けられた金属箔5121,5131にそれぞれ接続される一対の電極8Bが配置されている。
一対の電極8Bは、封止部512側に配置される電極8BLと、封止部513側に配置される電極(図示省略)とから構成され、それぞれ同じ構成を有している。
このうち、電極8BLは、図5及び図6に示すように、軸部81と、当該軸部81の先端側(他方の電極(図示省略)に近接する側)に形成され、かつ、軸部81より径寸法の大きい大径部82Bとを備えて構成されている。大径部82Bは、コイル部825と、当該コイル部825及び軸部81の先端側を溶解して形成された本体部824とを備えて構成されている。
これらのうち、電極8B先端側の2つの巻回部8271,8272、及び、後端側の3つの巻回部8274〜8276は、隣り合う巻回部とコイル部825の軸方向に沿う方向で外表面にて互いに接触するように形成され、これらの巻回部8271,8272,8274〜8276の領域においては、外層827は密に形成されている。そして、これら巻回部8271,8272,8274〜8276は、それぞれ、本体部824及び内層826の巻回部8261〜8263,8265〜8268に接触するように、これらに交差して形成されている。なお、これら巻回部8271,8272,8274〜8276のピッチ及びピッチ角は、それぞれ同じである。
また、巻回部8273は、巻回部8264に交差するように形成され、当該巻回部8273の先端側部分で巻回部8263に、中央部分で巻回部8264に、また、後端側部分で巻回部8265に接触している。このため、巻回部8273の先端側部分と中央部分との間、及び、当該中央部分と後端側部分との間には、内層826に接触しない部位が形成される。
(5)内層826の巻回部8264及び外層827の巻回部8273は、それぞれ同じ層の他の巻回部より大きなピッチで形成され、当該巻回部8264と巻回部8273とは、交差するように接触する。これによれば、巻回部8273と内層822との接触面積を一層小さくすることができるので、当該巻回部8273を加熱しやすくすることができ、当該巻回部8273での放電を促進させることができる。従って、発光管51Bの点灯始動時に、当該巻回部8273に放電起点を位置付けることができる。
本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
また、前記各実施形態では、コイル部821,825は、軸部81に線材Lを巻回することで形成されるとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、コイル部に応じたコイルを予め製造しておき、当該コイルを軸部81に取り付けることにより、コイル部を形成してもよい。
また、前記各実施形態では、光学ユニット4は平面視略L字形状を有した構成を説明したが、これに限らず、例えば、平面視略U字形状を有した構成を採用してもよい。
更に、前記各実施形態では、光束入射面と光束射出面とが異なる透過型の液晶パネル442を用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
Claims (7)
- 内部に一対の電極が配置され、当該一対の電極間で放電発光する発光部を有する交流点灯方式の発光管であって、
前記一対の電極のうち、少なくともいずれか一方は、
軸部と、当該軸部における他方の電極に近接する側である先端側に形成され、かつ、前記軸部より直径寸法の大きな大径部とを備え、
前記大径部は、
前記先端側に形成され、かつ、当該発光管の定常点灯状態で放電する本体部と、
前記本体部における前記他方の電極から離間する側である後端側に設けられ、かつ、線材を複数層巻回して形成されるコイル部とを備え、
前記コイル部における最外層に接する内側の層である内層は、前記線材の1巻きに相当する内層巻回部を複数有し、
前記コイル部の略中央に位置する少なくとも1つの前記内層巻回部のピッチは、他の前記内層巻回部のピッチに比べて大きいことを特徴とする発光管。 - 請求項1に記載の発光管において、
前記コイル部の略中央に位置する前記少なくとも1つの内層巻回部と、当該内層巻回部に隣り合う前記他の内層巻回部との間には、隙間が形成されていることを特徴とする発光管。 - 請求項2に記載の発光管において、
前記コイル部の軸方向に沿う方向における前記隙間の最大寸法は、前記内層を形成する前記線材の線径以上に設定されていることを特徴とする発光管。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の発光管において、
前記最外層は、前記線材の1巻きに相当し、かつ、前記内層に内側で接する外層巻回部を複数有し、
前記外層巻回部は、それぞれ前記コイル部の軸方向に沿って隙間無く連続して形成されていることを特徴とする発光管。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の発光管において、
前記最外層における前記線材の巻き方向は、前記内層における前記線材の巻き方向とは反対方向であり、
前記最外層は、前記線材の1巻きに相当し、かつ、前記内層に内側で接する外層巻回部を複数有し、
前記コイル部の略中央に位置する少なくとも1つの前記外層巻回部のピッチは、他の前記外層巻回部のピッチに比べて大きいことを特徴とする発光管。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の発光管と、当該発光管から射出された光を一方向に揃えて光束として射出する反射鏡とを備えることを特徴とする光源装置。
- 請求項6に記載の光源装置と、当該光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、変調された前記光束を投射する投射光学装置とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
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