JP5035682B2

JP5035682B2 - 光源装置

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Publication number: JP5035682B2
Application number: JP2007291749A
Authority: JP
Inventors: 修平三輪田; 俊哉鵜飼
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: CN101430996A; US20090121602A1; JP2009117284A; US7969094B2; CN101430996B

Description

本発明は、光源装置に係わり、特に、プロジェクタや映写機の光学装置の光源として用いられる光源装置に関する。

通常、液晶プロジェクタやＤＬＰプロジェクタ等の光学装置に使用される光源装置は、光源となる高圧水銀放電ランプ等の高輝度放電ランプと、この高輝度放電ランプから放射される光を集光して、前方の開口に向けて反射する反射鏡と、高輝度放電ランプの始動電圧を下げ、高輝度放電ランプの始動性を良くするための始動補助光源とが、一体に組合わされて構成されている。

図６は、従来の光源装置の構成を示す説明図であり、光源装置は、超高圧水銀ランプ（以下、放電ランプと呼ぶ）１と、放電ランプ１を取囲む反射鏡２と、楕円反射鏡２の首部２１に固定されたベース３と、固定手段によって反射鏡２に固定された導電性保持具７と、導電性保持具７によって保持されて反射鏡２内に配置された始動補助光源４とを備えている。

放電ランプ１の一方の封止部は、反射鏡２の首部２１に形成された貫通口に挿通されて、接着剤によってベース３に固定されている。
放電ランプ１の一方の封止部から伸び出す外部リード１１にはランプ給電線１１ａが接続されており、ランプ給電線１１ａの他端は、ベース３に固定された給電端子５に接続されている。
放電ランプ１の他方の封止部から伸び出す外部リード１２にはランプ給電線１２ａが接続されており、ランプ給電線１２ａの他端は、反射鏡２の開口２２から反射鏡２の外部に導出されて、反射鏡２に固定された給電端子８に接続されている。

図７は、始動補助光源と反射鏡との接続構造を説明する説明図であり、導電性保持具７と給電端子８は固定手段によって反射鏡２の開口２２に取付けられている。すなわち、固定手段は、筒状のハトメ部材９０および内歯座金９１から構成され、筒状のハトメ部材９０が、導電性保持具７、反射鏡２の開口２２、給電端子８および内歯座金９１に挿通された後、その突出した先端を拡げるよう折り曲げ加工することにより、これらの部材が一体的に固定される。
また、ランプ給電線１２ａは、ハトメ部材９０の内部貫通孔を通り、給電端子８の筒状部において電源につながる高圧給電線と共にカシメられている。

始動補助光源４は、放電容器の両端の外表面に離間した状態で一対の外部電極が設けられており、放電容器の一方の外部電極が設けられている側の端部が導電性保持具７に設けられた筒状部に嵌め込まれている。
導電性保持具７は、始動補助光源４を保持すると共に、始動補助光源４の一方の外部電極への電気経路としての機能を兼ねており、始動補助光源４の他方の外部電極は電気的に浮遊した状態となっている。
特開２００７−６６７４２号公報

このような光源装置では、反射鏡２の反射面には、前方に向けて可視光を反射するために誘電体多層膜が設けられており、ハトメ部材９０を用いて反射鏡２に給電端子８を固定する際、ハトメ部材９０の先端を拡げるように折り曲げ加工する。この場合、ハトメ部材９０が位置する部分で、反射鏡２を治具で挟み、ハトメ部材９０の先端をカシメて拡げるものである。
そして、ハトメ部材９０の先端をカシメる際に、ハトメ部材９０の近傍の誘電体多層膜に治具が接触して、誘電体多層膜が剥がれ、反射鏡の反射率が低下するという問題があった。

さらには、近年、プロジェクタ装置においては、より一層の小型化が要求されており、光源装置の収容スペースが狭小化してきており、反射鏡の背面と収容スペースを区画する筐体との離間距離が小さくなっている。
しかしながら、図７（ｂ）に示すように、反射鏡２の背面に取り付けたられた給電端子８は、反射鏡２の背面から図中ｈで示した高さ分が突出した形状になっており、突出した分だけ給電端子８が筐体に近づくものであり、ランプ始動時に給電端子８に高電圧が印加されると、給電端子８と筐体との間で放電が発生する場合があり、感電する恐れがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、反射鏡の反射面に損傷を与えず反射率の低下が起こらず、しかも、給電端子と光源装置を収容する筐体との間の絶縁距離を十分に確保でき感電する恐れがない安全性の高い光源装置を提供することにある。

請求項１に記載の本発明の光源装置は、発光管内に一対の電極が配置され両端に封止部が形成された放電ランプと、該放電ランプを取り囲むように配置された反射鏡と、該反射鏡の首部に固定されたベースと、当該ベース内に配置された始動補助光源を有し、前記放電ランプの一方の封止部が反射鏡の首部に形成された貫通口に挿通されてベースに固定された光源装置において、前記ベースには、第１給電端子と第２給電端子が離間して設けられており、前記始動補助光源は、放電容器の外面上に第１外部電極と第２外部電極が離間して配置されており、前記放電ランプの一方の封止部から伸び出す外部リードに接続された第１ランプ給電線と、前記始動補助光源の第１外部電極に接続された第１補助光源給電線が、前記第１給電端子に接続されており、前記放電ランプの他方の封止部から伸び出す外部リードに接続された第２ランプ給電線と、前記始動補助光源の第２外部電極に接続された第２補助光源給電線が、前記第２給電端子に接続されている、ことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明の光源装置は、請求項１に記載の光源装置であって、特に、前記反射鏡は、前記第２ランプ給電線が反射鏡の内部から外部に貫通して導出される開口が形成され、前記ベースは、前記反射鏡の首部の外径より大きい内径を有する筒状の反射鏡支持部を有し、当該反射鏡支持部には、前記第１補助光源給電線と前記第２補助光源給電線が貫通する切欠部が形成され、前記第１給電端子と第２給電端子は、前記反射鏡支持部の内面と前記反射鏡の首部の外面との間に配置される固定部と、当該固定部に続き前記反射鏡支持部の反射鏡方向の縁面に沿って伸びる中継部と、当該中継部に続き前記反射鏡支持部の外面に沿って伸びる折返し部と、当該折返し部に続き前記反射鏡支持部から離間する方向に伸びる接続部を有しており、前記第１給電端子の接続部に、第１ランプ給電線と第１補助光源給電線が接続されており、前記第２給電端子の接続部に、第２ランプ給電線と第２補助光源給電線が接続されていることを特徴とする。

本発明の光源装置によれば、放電ランプの一方の封止部から伸び出す外部リードに接続された第１ランプ給電線と、始動補助光源の放電容器の一端側の外面上に形成された第１外部電極に接続された第１補助光源給電線が、第１給電端子に接続されており、また、放電ランプの他方の封止部から伸び出す外部リードに接続された第２ランプ給電線と、始動補助光源の放電容器の他端側の外面上に形成された第２外部電極に接続された第２補助光源給電線が、第２給電端子に接続されており、この第１給電端子と第２給電端子が反射鏡の首部に固定されたベースに離間して設けられている構造であるので、第１給電端子と第２給電端子をベースに固定する際に、反射鏡に直接固定するものではなく、反射の反射面を傷つけることがなく、反射率の低下が起こらないものである。

さらに、第１給電端子と第２給電端子は、反射鏡の首部に固定されたベースに固定された構造であるので、ベースは光源装置を収容する筐体から最も離れたところに位置にするものであり、第１給電端子と第２給電端子は筐体から十分な距離を保って離れており、第１給電端子と筐体との間、第２給電端子と筐体との間で放電が発生することがなく、安全性の高い光源装置となる。

さらには、ベースは、反射鏡の首部の外径より大きい内径を有する筒状の反射鏡支持部を有し、この反射鏡支持部には切欠部が形成され、この切欠部に始動補助光源の第１補助光源給電線と第２補助光源給電線が貫通している構造であるので、第１及び第２補助光源給電線の引き回しが複雑にならず、始動補助光源への給電経路を簡素化できるものである。

さらに、第１給電端子と第２給電端子は、ベースの反射鏡支持部の内面と反射鏡の首部の外面との間で固定されるので、第１及び第２給電端子のベースへの固定構造が簡素化できるものである。

以下、本願発明の光源装置を図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る光源装置の構成を示す図、図２は図１に示す始動補助光源の拡大断面図である。

図１に示すように、本発明の光源装置は、超高圧水銀ランプ（以下、放電ランプと呼ぶ）１と、放電ランプ１を取囲む反射鏡２と、反射鏡２の首部２１に固定されたベース３と、ベース３内に配置された始動補助光源４とを有し、放電ランプ１の一方の封止部が反射鏡２の首部２１に形成された貫通口２０に挿通されて接着剤によってベース３に固定されており、ベース３には、第１給電端子５と第２給電端子６が固定されている。

放電ランプ１は、発光管の両端に封止部が形成されており、それぞれの封止部から電極に電気的に接続された外部リード１１，１２が伸び出している。
発光管の内部には、発光物質としての水銀が、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上であって、例えば０．２ｍｇ／ｍｍ^３封入される他、ハロゲンサイクルにより電極の構成材料であるタングステンが発光管の内壁に付着することを防止するため、臭素などのハロゲンガスが、２．０×１０^−４μｍｏｌ／ｍｍ^３〜７．０×１０^−３μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲であって、例えば、３．０×１０^−４μｍｏｌ／ｍｍ^３封入され、さらにアルゴンガスが約１３ｋＰａ封入されている。

このような放電ランプ１は、発光管の最大外径が１１．３ｍｍ、電極間距離が１．２ｍｍ、発光管の内容積が１１６ｍｍ^３、管壁負荷が１．５Ｗ／ｍｍ^３、定格電圧が８０Ｖ、定格電力が２００Ｗである。

図２に示すうように、始動補助光源４は、石英ガラスからなる放電容器４０と、この放電容器４０の両端の外表面に配設された第１外部電極４１と第２外部電極４２とから構成され、放電容器４０の内部には、放電用ガスとして、アルゴン、キセノン、ネオンなどの希ガスに加え、窒素またはヘリウム等の気体が１種類以上封入されている。さらに、ぺニング効果を得るために微量の水銀を封入しても良い。

第１外部電極４１，第２外部電極４２は、耐熱性・耐熱衝撃性に優れたステンレス、カンタル（鉄クロム合金）からなる線材を放電容器４０の長手方向に巻回することによって形成されている。なお、第１外部電極４１，第２外部電極４２として、あらかじめコイル状に形成された線材を放電容器４０に取付けるようにしても良い。

放電容器４０は、例えば、全長が約１５ｍｍ、外径が約３ｍｍ、肉厚が約０．８ｍｍである。第１外部電極４１，第２外部電極４２は、例えば、直径０．３ｍｍの線材によって、全長（放電容器４０の長手方向）が約４ｍｍ、外径が約３ｍｍのコイル状に形成され、電極間距離が約６ｍｍである。放電容器４０内には、例えば、アルゴンガスが１０^２〜５×１０^５ｐａ程度、水銀が５×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３封入されている。

また、始動補助光源４は、第１外部電極４１に第１補助光源給電線４１ａが接続されており、第２外部電極４２に第２補助光源給電線４２ａが接続されており、放電ランプ１の始動時に、この第１補助光源給電線４１ａと第２補助光源給電線４２ａを通って、第１外部電極４１，第２外部電極４２に電圧が印加されて、始動補助光源４が発光し、紫外線が放射されるものである。

図３は、始動補助光源４とベース３と第１給電端子５と第２給電端子６の構成を示す説明図であり、図４は、本発明の光源装置の外形斜視図である。
図３（ａ）は、始動補助光源も合わせて図示しているが、図３（ｂ）（ｃ）は、始動補助光源は省略している。

図３、図４に示すように、ベース３はセラミック製のベースであり、反射鏡２の首部の外径より大きい内径を有する筒状の反射鏡支持部３０を有し、この反射鏡支持部３０には、第１補助光源給電線４１ａと第２補助光源給電線４２ａが貫通する切欠部が３１形成されている。
また、ベース３は、放電ランプ１の一方の封止部が貫通する貫通口３２と、反射鏡２の首部２１の端面に当接する当接面３３（図中点々模様部分）と、この当接面３３から内部に凹んだ凹部３４と、当接面３３から内部に凹へこみ冷却風が通過する冷却風流通部３５が形成されている。そして、ベース３の凹部３４には、始動補助光源４が嵌め込めている。

第１給電端子５と第２給電端子６は、反射鏡支持部３０の内面と反射鏡２の首部２１の外面との間に配置される固定部５１，６１と、この固定部５１，６１に続き反射鏡支持部３０の反射鏡方向の縁面３０ａに沿って伸びる中継部５２，６２と、この中継部５２，６２に続き反射支持部３０の外面３０ｂに沿って伸びる折返し部５３，６３と、この折返し部５３，６３に続き反射支持部３０から離間する方向に伸びる接続部５４，６４を有している。

第１給電端子５と第２給電端子６は、固定部５１，６１と中継部５２，６２と折返し部５３，６３で、断面形状がコの字状になっており、筒状の反射鏡支持部３０の前方縁に、第１給電端子５と第２給電端子６が離間して嵌め込まれて配置されている。
この結果、極めて簡単な構造で、第１給電端子５と第２給電端子６をベース３に固定することができる。

そして、反射鏡支持部３０に形成された切欠部が３１から第１補助光源給電線４１ａと第２補助光源給電線４２ａが貫通して外部に伸び出しており、第１補助光源給電線４１ａが第１給電端子５の接続部５４に接続されており、第２補助光源給電線４２ａが第１給電端子６の接続部６４に接続されている。
この結果、第１補助光源給電線４１ａ及び第２補助光源給電線４２ａの引き回しが複雑にならず、始動補助光源４への給電経路を簡素化できるものである。

そして、図１、図３（ａ）に示すように、始動補助光源４は、放電ランプ１の光軸に対して略直交する方向に、始動補助光源４の光軸が位置するように配置されている。この結果、ベース３内に始動補助光源４を収容することができる。
さらに、図３（ａ）に示すように、第１給電端子５と第２給電端子６は、始動補助光源４の光軸方向の両側に方向に配置された構造になっているので、第１給電端子５と第２給電端子６の距離を離すことができるものである。

図１に戻り説明を続けると、放電ランプ１の一方の封止部から伸び出す外部リード１１に第１ランプ給電線１１ａが接続されており、この第１ランプ給電線１１ａは、第１給電端子５の接続部５４に接続されている。
放電ランプ１の他方の封止部から伸び出す外部リード１２に第２ランプ給電線１２ａが接続されており、この第１ランプ給電線１２ａは、反射鏡２に形成された開口２２を通り、反射鏡２の内部から外部に貫通して導出されており、第２給電端子６の接続部６４に接続されている。

図５は、本発明の光源装置の回路構成を示す説明図である。
図５では、ＡＣ駆動方式の給電装置を用いて点灯する回路の一例を簡略化して示す図である。
給電回路ＰｂにはＰＦＣなどのＤＣ電源Ｐａが接続され、例として降圧チョッパ方式のものを示している。これはＥＦＴ等のスイッチング素子ＱａによってＤＣ電源Ｐａからの電流をオン・オフし、前記スイッチ素子Ｑａがオン状態の時はＤＣ電源ＰａからチョークコイルＬを介して、前記スイッチ素子Ｑａがオフ状態の時は前記チョークコイルＬの誘導作用によりダイオードＤａを介して平滑コンデンサＣａへの充電と放電ランプＬａへの電流供給が行われる。

給電回路Ｐｂの出力端子Ｔ１，Ｔ２に接続されたフルブリッジ回路Ｐｃはブリッジ状に配置されたＦＥＴなどのスイッチング素子から構成され、スイッチング素子Ｑｂ〜Ｑｅの切換によって交流矩形波を放電ランプＬａに供給する。

具体的には、スイッチング素子Ｑｂ，Ｑｅのペアとスイッチング素子Ｑｃ，Ｑｄのペアを交互にオンにして、スイッチング素子Ｑｃ→放電ランプＬａ→スイッチング素子Ｑｄの経路で流れる電流と、スイッチング素子Ｑｅ→放電ランプＬａ→スイッチング素子Ｑｂの経路で流れる電流で交流を生成する。

トリガ回路Ｐｊにおいては、抵抗Ｒｊを介して、Ｔ１−Ｔ２間にかかるランプ電圧によってコンデンサＣｊが充電される。そして、ゲート駆動回路Ｇｊが駆動すると、サイリスタ等よりなるスイッチ素子Ｑｊが導通することにより、コンデンサＣｊがトランスＫｊの１次側巻線Ｍｊを通じて放電し、２次側巻線Ｈｊに例えば５ＫＶの高電圧パルスを発生する。２次側巻線Ｈｊに発生した高電圧は、給電回路Ｐｂの出力電圧に重畳されて放電ランプＬａの電極間と、始動補助光源Ｌｂの電極間に印加される。
放電ランプＬａと始動補助光源Ｌｂでは、始動補助光源Ｌｂの方が放電ランプＬａと比べ絶縁破壊電圧が極めて低く、５ＫＶの高電圧パルスで、先ず、始動補助光源Ｌｂが点灯し、光（紫外線）が放射される。
そして、始動補助光源Ｌｂからの光が放電ランプＬａの発光部内に入射し、放電ランプＬａの発光部内で光電効果が発生し光電子が増加する現象が発生する。この時に、放電ランプＬａの電極間に、トランスＫｊの２次側巻線Ｈｊから５ＫＶの高電圧パルスがかかり、放電ランプＬａが点灯する。
このように、始動補助光源Ｌｂからの光を利用することにより、放電ランプＬａの絶縁破壊電圧を下げることができ、始動電圧が５ＫＶと低電圧であっても、放電ランプＬａは点灯するものである。

なお、放電ランプＬａと始動補助光源Ｌｂは並列に接続されているが、始動補助光源Ｌｂは、図２に示すように内部に放電空間を有する石英ガラス製の放電容器の両端にコイルが巻回された外部電極を有する構造であり、始動時の高電圧パルスがかかっている間は放電容器内面が誘電分極を起こし放電容器の内部空間で放電が起こりますが、高電圧パルスがかからない、つまり、定常点灯時は放電容器内面で誘電分極しない始動補助光源Ｌｂは点灯しない構造になっている。
つまり、始動補助光源Ｌｂは、高電圧パルスがかかる始動時のみ点灯するものである。

また、始動補助光源４の第１補助光源給電線４１ａ及び第２補助光源給電線４２ａの両方が給電回路Ｐｂの出力端と繋がっており、始動補助光源４の第１外部電極４１と第２外部電極４２との間の電位差を確実に保つことができ、始動時の高電圧パルスのよって放電容器４０内に電界がかかり、その電界が低い場合であっても始動補助光源４の放電容器４０内で確実に絶縁破壊を起こさせる構造になっている。
つまり、始動電圧が５ＫＶと低電圧であっても、始動補助光源４を確実に点灯させることができる。

この結果、始動補助光源４（Ｌｂ）を用いることにより、始動電圧を下げることができ、第１給電端子５と第２給電端子６を近づけても、それらの間で放電が発生せず、第１給電端子５と第２給電端子６の両方をベース３に設けることができるものである。

そして、図１に戻り説明を続けると、反射鏡２に設けられた開口２２は、第２ランプ給電線１２ａが貫通しているだけであり、従来技術のように、ハトメを用いて、この開口２２に給電端子が固定される構造ではないので、開口２２の近傍の反射鏡２の内面に形成された可視光を反射するための誘電体多層膜には、なんら損傷を与える構造ではなく、反射鏡の反射率を低下させず、高い反射率を維持するものである。

さらに、光源装置を収容するスペースが狭小化して、反射鏡の背面と収容スペースを区画する筐体との離間距離が小さくなっても、始動補助光源４からの光を利用することにより、放電ランプ１の絶縁破壊電圧を下げることができ、さらに、始動補助光源４と放電ランプ１に給電する第１給電端子５と第２給電端子６が筐体から最も離れたベースに固定されているので、第１給電端子５と筐体との離間距離、及び、第２給電端子６と筐体との離間距離を十分に取ることができ、それらの間で、放電が発生することがなく、安全性の高い光源装置となる。

本願発明の光源装置の構成を示す説明図である。図１に示す光源装置の始動補助光源の説明図である。図１に示す光源装置の始動補助光源とベースと第１給電端子と第２給電端子の構成を示す説明図である。本発明の光源装置の外形斜視図である。本発明の光源装置の回路構成を示す説明図である。従来の光源装置の構成を示す説明図である。図６における光源装置の始動補助光源と反射鏡との接続構造を示す説明図である。

符号の説明

１放電ランプ
２反射鏡
２０貫通口
２１首部
２２開口
３ベース
４補助光源
５第１給電端子
６第２給電端子

Claims

発光管内に一対の電極が配置され両端に封止部が形成された放電ランプと、該放電ランプを取り囲むように配置された反射鏡と、該反射鏡の首部に固定されたベースと、当該ベース内に配置された始動補助光源を有し、前記放電ランプの一方の封止部が反射鏡の首部に形成された貫通口に挿通されてベースに固定された光源装置において、
前記ベースには、第１給電端子と第２給電端子が離間して設けられており、
前記始動補助光源は、放電容器の外面上に第１外部電極と第２外部電極が離間して配置されており、
前記放電ランプの一方の封止部から伸び出す外部リードに接続された第１ランプ給電線と、前記始動補助光源の第１外部電極に接続された第１補助光源給電線が、前記第１給電端子に接続されており、
前記放電ランプの他方の封止部から伸び出す外部リードに接続された第２ランプ給電線と、前記始動補助光源の第２外部電極に接続された第２補助光源給電線が、前記第２給電端子に接続されており、
前記放電ランプと前記始動補助光源が、並列接続されている
ことを特徴とする光源装置。
前記反射鏡は、前記第２ランプ給電線が反射鏡の内部から外部に貫通して導出される開口が形成され、
前記ベースは、前記反射鏡の首部の外径より大きい内径を有する筒状の反射鏡支持部を有し、当該反射鏡支持部には、前記第１補助光源給電線と前記第２補助光源給電線が貫通する切欠部が形成され、
前記第１給電端子と第２給電端子は、前記反射鏡支持部の内面と前記反射鏡の首部の外面との間に配置される固定部と、当該固定部に続き前記反鏡射支持部の反射鏡方向の縁面に沿って伸びる中継部と、当該中継部に続き前記反射鏡支持部の外面に沿って伸びる折返し部と、当該折返し部に続き前記反射鏡支持部から離間する方向に伸びる接続部を有しており、
前記第１給電端子の接続部に、第１ランプ給電線と第１補助光源給電線が接続されており、
前記第２給電端子の接続部に、第２ランプ給電線と第２補助光源給電線が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。