JP5604964B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルタを備えた光源装置に関する。

従来、光源装置において、放電ランプ、及び、この放電ランプの放射光を反射する楕円反射鏡を備え、放電ランプの発光点を楕円反射鏡の第一焦点に配置するとともに、楕円反射鏡の第二焦点に反射光を照射する照射面を配置し、この照射面と楕円反射鏡との間にカラーフィルタを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の光源装置では、カラーフィルタを透過しなかった光、すなわち、カラーフィルタで反射された光が電極に集光し、電極が溶解して変形するのを防止するべく、カラーフィルタの位置を所定の範囲で規定している。

特開２００８−１４５５８０号公報

しかしながら、上記従来の構成では、カラーフィルタを楕円反射鏡の近くに配置することとなるため、カラーフィルタを大きく形成しなければならず、結果として、光源装置が大型化してしまう。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、大型化を抑制しつつ、電極の変形を防止する光源装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、放電ランプ、及び、この放電ランプの放射光を反射する楕円反射鏡を備えた光源装置において、前記放電ランプの発光点を前記楕円反射鏡の第一焦点に配置し、前記楕円反射鏡の第二焦点に反射光を照射する照射面を配置し、この照射面と前記楕円反射鏡との間にＵＶ／ＩＲカットフィルタを設け、このＵＶ／ＩＲカットフィルタと照射面との間にカラーフィルタを設け、前記ＵＶ／ＩＲカットフィルタを前記楕円反射鏡の光軸に対して垂直になるように配置し、前記カラーフィルタを前記楕円反射鏡の光軸に対して傾斜させ、前記カラーフィルタを傾斜させる角度は、約１０°以上であることを特徴とする。

上記構成において、前記カラーフィルタを傾斜させる角度は、約１５°以下であってもよい。

本発明によれば、カラーフィルタを光軸に対して傾斜させたため、カラーフィルタを光源に近づけることなく、カラーフィルタからの反射光を電極からそらすことができるので、大型化を抑制しつつ、電極の変形を防止できる。

本発明の実施の形態に係る光源装置を示す概略構成図である。 放電ランプを拡大して示す図である。 カラーフィルタの距離Ｄを変化させて解析したときの前側の電極で受光した光量を示す図である。 光源装置の光線強度を示す図であり、（Ａ）はカラーフィルタを配置しない場合の光線強度を示し、（Ｂ）は（Ａ）を拡大して示す図であり、（Ｃ）はカラーフィルタを距離Ｄ１５に配置した場合の光線強度を示す図であり、（Ｄ）は（Ｃ）を拡大して示す図である。 カラーフィルタを傾斜させた光源装置を示す概略構成図である。 カラーフィルタの傾斜角度θを０°から７°まで１°ずつ変化させて解析したときの電極近傍の光線強度を示す図である。 カラーフィルタの傾斜角度θを０°から７°まで１°ずつ変化させて解析したときの前側の電極で受光した光量を示す図であるである。 カラーフィルタの傾斜角度θを０°、５°、７°、９°と変化させて実験したときの電極の状態を、カラーフィルタを配置する前の状態とともに示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る光源装置を示す概略構成図である。
光源装置１は、放電ランプ１１と、放電ランプ１１の放射光を反射する楕円反射鏡（反射鏡）１２と、この楕円反射鏡１２の反射光を照射する（照射面）ロッド端面１３Ａと楕円反射鏡１２との間に配置された紫外線・赤外線（ＵＶＩＲ）カットフィルタ１４と、ＵＶＩＲカットフィルタ１４とロッド端面１３Ａとの間に配置されたカラーフィルタ１５とを備え、放電ランプ１１及び楕円反射鏡１２により光源装置１の光源１０が構成されている。なお、楕円反射鏡１２の光軸Ｘにおいて、ロッド端面１３Ａ側を前側、楕円反射鏡１２側を後側とする。

放電ランプ１１は、楕円反射鏡１２の第一焦点Ｆ１に配置されており、この放電ランプ１１の放射光は楕円反射鏡１２の第二焦点Ｆ２で集光し、この第二焦点Ｆ２に導光ロッド１３のロッド端面１３Ａが配置されている。本実施の形態の第一焦点Ｆ１は、楕円反射鏡１２の楕円放物面と光軸Ｘとが交わる基準点Ｏから距離ＤＦ１（例えば１４．５ｍｍ）だけ離れた位置に設けられている。また、第二焦点Ｆ２は、基準点Ｏからは距離Ｄ１３（例えば１１５．４ｍｍ）だけ離れた位置に設けられている。
導光ロッド１３は、その中心軸を楕円反射鏡１２の光軸Ｘと同軸に配されて、楕円反射鏡１２が集光する光がロッド端面１３Ａから入射するように構成されている。ＵＶＩＲカットフィルタ１４は、紫外線及び赤外線を透過させないフィルタであり、基準点Ｏから距離Ｄ１４（例えば８０．４ｍｍ）だけ離れた位置に配置されている。カラーフィルタ１５は、例えば、可視光以外の光を反射して可視光を透過させるフィルタであり、基準点Ｏから距離Ｄだけ離れた位置に配置されている。

図２は、放電ランプ１１を拡大して示す図である。
放電ランプ１１は、水銀ランプやメタルハライドランプ等のショートアーク型のランプであり、石英ガラス管でなる発光管１６を光軸Ｘと略同軸に備えている。発光管１６の中間部には、発光管１６を膨らませて形成した発光部１６Ａが設けられ、この発光部１６Ａ内には、一対の電極２０Ａ，２０Ｂが比較的短いアーク長（電極間距離）Ｌで前後に対向するように配置されるとともに、水銀やハロゲン化金属（メタルハライド）等の発光物質と、アルゴンガス等の始動用希ガスとが封入されている。
各電極２０Ａ，２０Ｂは、タングステン棒でなる芯棒２１の先端側にタングステンワイヤで成るコイル２２を巻装するとともに、芯棒２１の先端に連続して芯棒２１よりも大径に形成された電極先端部２３を形成して構成されている。各電極２０Ａ，２０Ｂは、芯棒２１がモリブデン箔１７を介して電力供給用のリード線１８（図１）に接続されており、このリード線１８からランプ電力が供給されるようになっている。電極２０Ａ，２０Ｂは、アークを生じる電極先端部２３間の発光点が楕円反射鏡１２の第一焦点Ｆ１に位置するように配置されている。

このように構成された光源装置１において、図１に示すように、放電ランプ１１の放射光は、楕円反射鏡１２で反射され、ＵＶＩＲカットフィルタ１４及びカラーフィルタ１５を透過してロッド端面１３Ａに入射する。このとき、カラーフィルタ１５で反射された光は、その一部が楕円反射鏡１２内に入射し、楕円反射鏡１２で反射されることにより、電極２０Ａ，２０Ｂに集光するので、その熱によって電極２０Ａ，２０Ｂが溶解して変形するおそれがある。電極２０Ａ，２０Ｂが変形すると、アーク長Ｌやランプ電圧が変化するので、電極２０Ａ，２０Ｂ間に生じるアークが不安定になり、例えば光源装置１をプロジェクタ等に用いた場合には、スクリーン状に映し出される映像にちらつきが生じやすくなる。電極２０Ａ，２０Ｂに集光する光の量は、カラーフィルタ１５の距離Ｄによって変動する。

図３は、カラーフィルタ１５の距離Ｄを変化させて解析したときの電極２０Ａで受光した光量を示す図である。この解析では、図２に示すコイル２２を省略するとともに、図２に示すように、電極２０Ａの電極先端部２３を後と前に半分に分けた半球に、光量を検出するセンサＡ，Ｂをそれぞれ設けており、図３には、センサＡで受光した光量変化、センサＢで受光した光量変化、及び、センサＡで受光した光量とセンサＢで受光した光量との和の光量変化が図示されている。
図３に示すように、電極２０Ａの後側に位置するセンサＡで受光する光量の方が、電極２０Ａの前側に位置するセンサＢで受光する光量より多くなっている。また、センサＡ，Ｂで受光する光量は、カラーフィルタ１５の距離Ｄが長くなるほど多くなるとともに、カラーフィルタ１５の距離Ｄがロッド端面１３Ａ（図１）の距離Ｄ１３よりも短い位置でピークとなっている。より詳細には、カラーフィルタ１５の距離Ｄが長くなるに従い、センサＢで受光した光量がピークＰＢとなり、そして、センサＡで受光した光量がピークＰＡとなる。センサＡ，Ｂで受光した総光量のピークＰＡＢは、ピークＰＢ，ＰＡ間に位置している。

したがって、カラーフィルタ１５は、距離Ｄが短くなるように配置されるのが望ましいが、距離Ｄが短くなるほど、カラーフィルタ１５を大きく形成する必要があるという課題がある。
そこで、カラーフィルタ１５は、両センサＡ，Ｂで受光した光量がピークＰＡ，ＰＢとなる距離よりも短い距離Ｄ１５（例えば１０５．４ｍｍ）の位置に配置されるのが望ましい。しかしながら、カラーフィルタ１５を距離Ｄ１５の位置に配置しても、電極２０Ａに集光する光の量は依然として多い。

図４は、光源装置１の光線強度の解析結果を示す図であり、図４（Ａ）はカラーフィルタ１５を配置しない場合の光線強度を示し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）を拡大して示す図であり、図４（Ｃ）はカラーフィルタ１５を距離Ｄ１５（例えば１０５．４ｍｍ）に配置した場合の光線強度を示す図であり、図４（Ｄ）は図４（Ｃ）を拡大して示す図である。この解析では、図２に示すコイル２２を省略するとともに、電極２０Ａの電極先端部２３を透過物体としている。なお、図４では、光線強度の強い部分に符号Ｓを付し、光線強度の弱い部分に符号Ｗを付し、光線強度の中位部分に符号Ｍを付して光線強度を示す。
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、カラーフィルタ１５を配置しない場合、電極２０Ａ，２０Ｂの芯棒２１に光は集光していない。一方、図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）に示すように、カラーフィルタ１５を距離Ｄ１５に配置した場合、カラーフィルタ１５の反射光が電極２０Ａの芯棒２１に集光しており、特に、先端側の芯棒２１にカラーフィルタ１５の反射光が集光している。

そこで、本実施の形態では、図５に示すように、カラーフィルタ１５を基準点Ｏから遠い位置に配置するとともに、カラーフィルタ１５に入射する光の入射角αが９０°より大きくなるように、カラーフィルタ１５を光軸Ｘに対し傾斜角度（角度）θだけ傾斜させることで、カラーフィルタ１５の大型化を抑制しつつ、カラーフィルタ１５による反射光が電極２０Ａの芯棒２１に集光するのを抑制している。電極２０Ａ，２０Ｂに集光する光の量は、カラーフィルタ１５の傾斜角度θによって変動する。
なお、本実施の形態では、カラーフィルタ１５の距離Ｄは、第二焦点Ｆ２から、第一焦点Ｆ１と第二焦点Ｆ２の間の焦点間距離ＤＦ（Ｄ１３−ＤＦ１）の約１５％の範囲Ｒに設定される（Ｄ１３−ＤＦ×１５％≦Ｄ＜Ｄ１３）。

図６は、カラーフィルタ１５の傾斜角度θを０°から７°まで１°ずつ変化させて解析したときの電極２０Ａ，２０Ｂ近傍の光線強度を示す図である。この解析では、図２に示すコイル２２を省略するとともに、電極２０Ａの電極先端部２３を透過物体としており、カラーフィルタ１５を距離Ｄ１５（１０５．４ｍｍ）、すなわち、第二焦点Ｆ２から焦点間距離ＤＦの約１０％の位置に配置している。なお、図６では、光線強度の強い部分に符号Ｓを付し、光線強度の弱い部分に符号Ｗを付し、光線強度の中位部分に符号Ｍを付して光線強度を示す。
図６に示すように、傾斜角度θが大きくなるほど、電極２０Ａの芯棒２１に集光する光は弱くなる。より詳細には、傾斜角度θが大きくなるに従い、光線強度の強い部分Ｓ及び中位部分Ｍで形成される光源像が図中下方にずれて、光線強度の強い部分Ｓが電極２０Ａの芯棒２１から離れている。

図７は、カラーフィルタ１５の傾斜角度θを０°から７°まで１°ずつ変化させて解析したときの電極２０Ａで受光した光量を示す図である。この解析では、図２に示すコイル２２を省略するとともに、図２に示すように、光量を検出するセンサＡ，Ｂをそれぞれ設けており、図７には、センサＡで受光した光量変化、センサＢで受光した光量変化、及び、センサＡで受光した光量とセンサＢで受光した光量との和の光量変化が図示されている。
図７に示すように、電極２０Ａの光量は、カラーフィルタ１５の傾斜角度θが大きくなるほど少なくなる。より詳細には、センサＡで受光した光量は、傾斜角度θが０°から約１°までの範囲において略一定であり、傾斜角度θが約１°より大きくなるにつれて減少している。センサＢで受光した光量は、傾斜角度θが０°から約２°までの範囲において一定であり、傾斜角度θが約２°より大きくなるにつれて減少している。したがって、センサＡ，Ｂで受光した光量の和は、傾斜角度θが約２°より大きくなるにつれて減少する。そして、傾斜角度θを１０°まで大きくすると、電極２０Ａの光量は、カラーフィルタ１５を配置しない場合の光量に近くなる。

図８は、カラーフィルタ１５の傾斜角度θを０°、５°、７°、９°と変化させて実験したときの電極２０Ａ，２０Ｂの状態を、カラーフィルタ１５を使用する前の状態とともに示す図である。この実験では、カラーフィルタ１５を使用して２分間照射実験を行っており、図８には、傾斜角度θ毎に、カラーフィルタ１５使用前後の電極２０Ａ，２０Ｂの形状変化と、アーク長Ｌ変化と、ランプ電圧変化とが示されている。
図２及び図８に示すように、カラーフィルタ１５の傾斜角度θが０°及び５°の場合、電極２０Ｂの形状は変化していないが、電極２０Ａのコイル２２が１巻分溶解して消失しており、また、電極２０Ａの電極先端部２３が変形している。その結果、アーク長Ｌが長くなるとともに、ランプ電圧も上昇している。
カラーフィルタ１５の傾斜角度θが７°の場合、電極２０Ｂの形状は変化していないが、電極２０Ａのコイル２２が半巻分溶解して消失しており、また、電極２０Ａの電極先端部２３が変形している。その結果、アーク長Ｌが長くなるとともに、ランプ電圧も上昇している。
カラーフィルタ１５の傾斜角度θを９°まで大きくすると、電極２０Ａ，２０Ｂの形状は変化しておらず、アーク長Ｌにも変化はない。ランプ電圧は上昇しているが、その上昇量はわずかである。したがって、カラーフィルタ１５の傾斜角度θは、９°より大きく設定されるのが望ましい。

一方、カラーフィルタ１５の傾斜角度θが大きくなるほど、カラーフィルタ１５を透過する可視光の波長の範囲が変化してしまう。そこで、本実施の形態の傾斜角度θは、電極２０Ａ，２０Ｂの形状が変化せず、アーク長Ｌやランプ電圧に変化が生じず、また、透過させる可視光の波長の範囲の変化量が比較的少ない値、例えば約１０°以上かつ約１５°以下の範囲に設定している。
このように、カラーフィルタ１５を、楕円反射鏡１２から遠い位置であって、電極２０Ａ，２０Ｂに集光する光の少ない位置（範囲Ｒ）に配置するとともに、カラーフィルタ１５の傾斜角度θを約１０°以上かつ約１５°以下に設定することで、カラーフィルタ１５の大型化や、カラーフィルタ１５を透過する可視光の波長のずれを抑制しつつ、電極２０Ａ，２０Ｂの変形を防止できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、放電ランプ１１の発光点を楕円反射鏡１２の第一焦点Ｆ１に配置し、楕円反射鏡１２の第二焦点Ｆ２に反射光を照射する照射面１３Ａを配置し、この照射面１３Ａと楕円反射鏡１２との間にカラーフィルタ１５を設け、このカラーフィルタ１５を楕円反射鏡１２の光軸Ｘに対して傾斜させる構成とした。この構成により、カラーフィルタ１５を楕円反射鏡１２に近づけることなく、カラーフィルタ１５からの反射光を電極２０Ａ，２０Ｂから遠ざけることができるので、カラーフィルタ１５の大型化を抑制しつつ、電極２０Ａ，２０Ｂの変形を防止できる。

また、本実施の形態によれば、カラーフィルタ１５を傾斜させる傾斜角度θは、約１０°以上であるため、カラーフィルタ１５からの反射光を電極２０Ａ，２０Ｂからより効果的に遠ざけることができるので、電極２０Ａ，２０Ｂの変形を確実に防止できる。

また、本実施の形態によれば、カラーフィルタ１５を傾斜させる傾斜角度θは、約１５°以下であるため、カラーフィルタ１５を透過する可視光の波長のずれを抑制しつつ、電極２０Ａ，２０Ｂの変形を防止できる。

但し、上記実施の形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施の形態では、カラーフィルタ１５は、当該カラーフィルタ１５に入射する光の入射角αが９０°より大きくなるように、光軸Ｘに対し傾斜角度θだけ傾斜されていたが、カラーフィルタ１５に入射する光の入射角αが９０°より小さくなるように、光軸Ｘに対し傾斜角度θだけ傾斜されてもよい。

１ 光源装置
１１ 放電ランプ
１２ 楕円反射鏡
１３ ロッド端面（照射面）
１５ カラーフィルタ
２０Ａ，２０Ｂ 電極
Ｆ１ 第一焦点
Ｆ２ 第二焦点
Ｘ 光軸
θ 傾斜角度（角度）

Claims (2)

1. 放電ランプ、及び、この放電ランプの放射光を反射する楕円反射鏡を備えた光源装置において、
   前記放電ランプの発光点を前記楕円反射鏡の第一焦点に配置し、前記楕円反射鏡の第二焦点に反射光を照射する照射面を配置し、
   この照射面と前記楕円反射鏡との間にＵＶ／ＩＲカットフィルタを設け、このＵＶ／ＩＲカットフィルタと照射面との間にカラーフィルタを設け、前記ＵＶ／ＩＲカットフィルタを前記楕円反射鏡の光軸に対して垂直になるように配置し、前記カラーフィルタを前記楕円反射鏡の光軸に対して傾斜させ、
   前記カラーフィルタを傾斜させる角度は、約１０°以上であることを特徴とする光源装置。
2. 前記カラーフィルタを傾斜させる角度は、約１５°以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。