WO2011108627A1

WO2011108627A1 - 光源装置

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Inventors: 岩林　弘久
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Abstract

小型化と高出力の要請に適した光源装置を提供することである。本発明は、主反射鏡及び副反射鏡は、ともに、ショートアーク型水銀ランプの放射光のうち、紫外光と可視光を反射するものであり、主反射鏡の反射光のうち可視光を透過するが紫外光を反射する波長選択性光学部材が、主反射鏡の反射光を受ける位置であって、当該主反射鏡の第二焦点と副反射鏡との間の位置に配置されている。

Description

光源装置

　　この発明は光源装置に関する。特に、プロジェクター装置に使われる光源装置に関する。

　プロジェクター装置は、一般に、液晶（ＬＣＤ）パネルを使う方式とＤＬＰ（登録商標）を使う方式が存在する。
　ＬＣＤパネルを使う方式は、１枚式と３枚式があるが、いずれの方式であっても、光源からの放射光を３色（ＲＧＢ）に分離して、ＬＣＤパネルにおいて画像情報に対応させた光を透過調整して、その後、パネルを透過した３色を合成させてスクリーン上に投射させる方式である。
　一方、ＤＬＰを使う方式は、光源からの放射光をＲＧＢの領域が分割形成された回転フィルターを介して、空間変調素子（光変調デバイスともいい、具体的にはＤＭＤ素子などをいう）などを時分割で照射し、このＤＭＤ素子で特定の光を反射させてスクリーンに照射するものである。ＤＭＤ素子とは、１画素ごとに対応する小さな鏡を数百万個敷き詰めたものであって、一つ一つの小さな鏡の向きを制御することで光の投射が制御される。
　ＤＬＰ方式は、ＬＣＤ方式に比較して、光学系が簡易であるとともに３枚ものＬＣＤパネルを使う必要がないことから装置全体が小型簡易化するメリットがある。

　一方、プロジェクター装置の光源としては、高い蒸気圧を有するショートアーク型水銀ランプが使用される。水銀蒸気圧の高いランプによれば、可視波長域の光を高い出力で得られるからである。
　また、このショートアーク型水銀ランプは、スクリーンに投射される画像を明るくするために、回転楕円面形状の凹面反射鏡の中に組み込まれる。凹面反射鏡を使うことで、ショートアーク型水銀ランプから四方八方に放射される光を集束させて、限られた面積のスクリーンに効率よく照射できるからである。

　近年、プレゼンテーション用途に使われるプロジェクター装置などでは、容易に持ち運びできるという意味で、装置の小型・軽量化が強く求められている。
　プロジェクター装置に対して小型化が要求されると、当然に、プロジェクター装置の中に組み込まれる、ショートアーク型水銀ランプおよび凹面反射鏡などによって構成される光源装置も小型化が要求される。
　その一方で、当然ではあるが、このような寸法、形状の制約を受けたとしても、ショートアーク型水銀ランプの放射光の利用効率を低下させることはできない。

　図９は、従来から提案されている光源装置の概略構造を示す。この光源装置は、特開平１１－６４７９５号公報で開示されており、主反射鏡２０と、該主反射鏡２０とは別に副反射鏡３０を設け、ショートアーク型水銀ランプ１０から主反射鏡２０に直接入射する光と、前方に向けて放射され該副反射鏡３０で反射された光５４を発光部１１の電極間を通り抜けさせ、主反射鏡２０に再び戻される光とを合わせ、出射光５１として利用するものである。
　さらに、反射鏡より出射された光の光路修正機能を有するレンズ４２により構成される技術が示されている。

　しかし、このような光源装置においては、副反射鏡３０に入射する光が反射される時に損失が発生すること、及び、この反射された光が発光部１１の電極間を通過する際にも損失が生じることにより、小型化を要求されていない主凹面反射鏡のみで構成された光源装置に比べて十分な明るさを得ることが、小型化が進むに従い難しくなっている。

特開平１１－６４７９５号公報

　この発明が解決しようとする課題は、ショートアーク型水銀ランプの放射光を効率的に利用できるとともに、小型化の要請に適した光源装置を提供することである。

　上記課題を解決するために、この発明の光源装置は、一対の電極を有する発光部とこの発光部の両端に設けられた封止部よりなるショートアーク型水銀ランプと、
　このショートアーク型水銀ランプのアーク方向と光軸が一致するとともに、第一焦点が概ね前記電極間に形成された状態で当該ショートアーク型水銀ランプを取り囲むよう配置された回転楕円面からなる主反射鏡と、
　該主反射鏡の開口部を取り囲むように配置されるとともに、該ショートアーク型水銀ランプから該主反射鏡の開口側へ直接放射された光を該主反射鏡に向けて再び反射させるための副反射鏡と、
　前記副反射鏡に形成された、該主反射鏡から反射した光が通過するための開口部と、
よりなる光源装置において、
　前記主反射鏡は、前記ショートアーク型水銀ランプの放射光のうち、紫外光と可視光を反射するが赤外光を透過するものであり、
　前記副反射鏡は、前記ショートアーク型水銀ランプの放射光のうち、紫外光と可視光を反射するものであり、
　該主反射鏡からの反射光のうち可視光を透過するが紫外光を反射する波長選択性光学部材が、該主反射鏡の第二焦点位置と該副反射鏡との間の位置に配置されていることを特徴とする。

　上記の光源装置は、さらに、前記副反射鏡が、前記ショートアーク型水銀ランプの放射光のうち、赤外光を透過するものであることを特徴とする。

　上記の光源装置は、さらに、前記副反射鏡が、アルミニウム材によって構成されたことを特徴とする。

　上記の光源装置は、さらに、前記波長選択性光学部材は、その入射面が、前記主反射鏡からの光が垂直に入射するように構成され、当該入射面に、可視光を透過し紫外光を反射する膜を有することを特徴とする。

　上記の光源装置は、さらに、前記波長選択性光学部材は、その入射面が平面であり、当該入射面に、可視光を透過し紫外光を反射する膜を有することを特徴とする。

　上記の光源装置は、さらに、前記副反射鏡が球面反射鏡から構成されることを特徴とする。

　上記の光源装置は、さらに、前記主反射鏡の開口径と、前記副反射鏡の入射側の開口径の大きさが、ほぼ一致することを特徴とする。
　上記の光源装置は、さらに、前記副反射鏡の入射側の開口径の大きさが、前記主反射鏡の開口径より大きいことを特徴とする。

　上記の光源装置は、さらに、前記副反射鏡の入射側の開口部が前記主反射鏡の開口部に連続しており、前記主反射鏡の光軸を含む平面で切断した断面において、前記電極間の中心から前記副反射鏡と前記主反射鏡の境界部に向けて引いた仮想線と、前記主反射鏡の光軸とのなす角をＸとしたとき、３０°≦　Ｘ　≦９０°の関係を満たすことを特徴とする。

　上記の光源装置は、さらに、前記ショートアーク型水銀ランプは、電極の先端に突起が形成されていることを特徴とする。

　本発明のプロジェクターは、上記の光源装置を備えることを特徴とする。

　本発明は以下の作用効果を有する。
（１）ショートアーク型水銀ランプから放射される光のうち紫外光がショートアーク型水銀ランプの発光部に戻されることにより、ショートアーク型水銀ランプの発光を高めることができる。これは、紫外光がランプ内の水銀蒸気に吸収されることにより、発光部が全体として高温に維持されるからである。
（２）ショートアーク型水銀ランプから放射される光のうち可視光は、直接電極に戻る場合は電極が局所的に高温化して損耗するという問題を生じるが、本発明では、紫外光と同様にアーク中の水銀蒸気を加熱する作用を発揮し、結果としてショートアーク型水銀ランプの発光を高める効果が得られ、さらに、ショートアーク型水銀ランプに戻った可視光の一部は、ショートアーク型水銀ランプの発光部の容器壁及び発光部の容器内壁付近に存在する、アーク部におけるよりも温度の低い水銀蒸気を加熱するので、これにより、当該ショートアーク型水銀ランプの発光を高める効果が得られる。

本発明の一実施例に係る光源装置の全体構造を示す説明用断面図である。図１の光源装置における光の進行状況を示す説明用断面図である。図１の光源装置における主反射鏡および副反射鏡の境界部と光軸との関係を説明するための説明用断面図である。本発明に係る光源装置のショートアーク型水銀ランプの発光部の概念構造を示す説明図である。（ａ）～（ｃ）は、それぞれ波長選択性光学部材の実施形態の例を示す説明用断面図である。本発明に係る光源装置の他の実施例を示す説明用断面図である。図１の例におけるショートアーク型水銀ランプの構造を拡大して示す説明図である。図７のショートアーク型水銀ランプの電極を拡大して示す説明図である。従来の光源装置を示す説明用断面図である。

　本発明の光源装置は、主反射鏡と、該主反射鏡の開口側に配置された副反射鏡と、該副反射鏡側の光軸上に配置された、波長選択性光学部材とを具備しており、ショートアーク水銀ランプから放射される光のうち、紫外光を波長選択性光学部材と反射鏡で囲まれる領域に閉じ込め、紫外光は波長選択性光学部材から外部に放射されないように構成されている。すなわち、この光源装置において、主反射鏡は、ショートアーク型水銀ランプの放射光のうち、紫外光と可視光を反射するが赤外光は透過するものとされ、また、該主反射鏡で反射される光のうち、可視光を透過させるが紫外光を反射させる波長選択性光学部材が、該主反射鏡の第二焦点位置と副反射鏡との間の位置に配置される構成とされている。
　具体的構成を、図面を用いて説明する。

　図１は本発明に係る光源装置の一例の全体の構成を示す。
　光源装置は、ショートアーク型水銀ランプ１０、主反射鏡２０、および副反射鏡３０より構成される。主反射鏡２０は、ショートアーク型水銀ランプ１０を取り囲むように配置されており、ショートアーク型水銀ランプ１０のアーク方向、すなわち、電極の先端同士を結ぶ方向と、主反射鏡２０の光軸Ｚは一致している。また、主反射鏡２０は、電極間のほぼ中心位置を、第一焦点とする回転楕円面構造であり、副反射鏡３０はランプ発光部の球面形状に対応して球面状構造に形成されている。

　ショートアーク型水銀ランプ１０は、ほぼ球体の発光部１１とその両端に封止部１２ａ，１２ｂを有し、一方の封止部１２ａが主反射鏡２０の首部（頂部）２４に取り付けられる。ショートアーク型水銀ランプ１０を主反射鏡２０に固定するためには、耐熱接着剤２５などを使用し、図示のように両者を直接取り付けてもよいし、別部材である不図示の口金（リフレクターベース）を用い、ショートアーク型水銀ランプ１０を口金に取り付けて、その口金を主反射鏡２０に固定してもよく、口金には冷却風の通過する孔を設けることもできる。

　主反射鏡２０の反射部２２は回転楕円面であり、全体として凹面形状をなしている。主反射鏡２０は、耐熱ガラスである硼珪酸ガラスを基材２１として、その内面に可視光（ＶＩＳ）と紫外光（ＵＶ）を反射するとともに、赤外光（ＩＲ）を透過する干渉膜が形成されて構成されている。干渉膜は、具体的には、基材に対して、第一層としてチタニア（ＴｉＯ_２）とシリカ（ＳｉＯ_２）を交互に積層した膜が形成され、その上に、第二層としてハフニア（ＨｆＯ_２）とフッ化マグネシウム（ＭｇＦ）を交互に積層した膜が形成されている。これにより、第一層において、例えば、波長３００ｎｍ～４００ｎｍの紫外光を反射し、第二層において、例えば、波長４００ｎｍ～７００ｎｍの可視光を反射することができる。

　副反射鏡３０は、その入射側開口部が主反射鏡２０の開口部と連続した状態で、耐熱性のシリコーン接着剤やステンレス材等の専用金具により、主反射鏡２０に取り付けられている。副反射鏡３０の内面は、ショートアーク型水銀ランプの発光部１１に倣ってほぼ球面体になっており、これにより、その反射面に入射した光線は同じ方向に反射される。副反射鏡３０においては、発光部１１からの離間距離が大きい位置に設けられているので、ショートアーク型水銀ランプの高温の影響が小さいことから、ガラスの他、樹脂、金属等も基材３１として使用できる。副反射鏡３０の内面には、可視光（ＶＩＳ）と紫外光（ＵＶ）を反射するとともに、赤外光（ＩＲ）を透過する干渉膜３２が形成される。干渉膜は、具体的には、基材に対して、第一層としてタンタラ（Ｔａ_２Ｏ_５）とシリカ（ＳｉＯ_２）を交互に積層した膜が形成され、その上に、第二層としてハフニア（ＨｆＯ_２）とフッ化マグネシウム（ＭｇＦ）を交互に積層した膜が形成されている。これにより、第一層において、例えば、波長３００ｎｍ～４００ｎｍの紫外光を反射し、第二層において、例えば、波長４００ｎｍ～７００ｎｍの可視光を反射することができる。勿論、干渉膜はこれに限定されるものではなく、他の組合せを選択することも可能である。

　以上において、主反射鏡２０の開口径と、副反射鏡３０の開口径の大きさは、ほぼ一致することが望ましい。主反射鏡２０と副反射鏡３０の開口径の大きさがほぼ一致する状態とすることにより、光源装置の最大外径を最小とすることができるからである。

　主反射鏡２０の前方には波長選択性光学部材４０が配置される。この例における波長選択性光学部材４０は、２つのレンズ４１，４２により構成されている。入射側のレンズ４１は、入射面が少なくとも凸面（主反射鏡２０と同じ方向（図の左方）に中央部が突出した形状の面）であり、主反射鏡２０から出射された光線が当該入射面に垂直に入射するような曲面とされている。具体的には、図に示すように、入射面が凸面で反対側の出射面が凹面の単レンズもしくは接合レンズであり、いわゆるメニスカスレンズを使うことが望ましい。波長選択性光学部材４０を構成する出射側のレンズ４２は、光の進行方向を制御、調整するものである。

　波長選択性光学部材４０を構成するレンズ４１，４２は、不図示のレンズ保持部材に装着されており、このレンズ保持部材が同じく不図示の光学ユニットに取り付けられる。レンズ４１及び４２は、主反射鏡２０からの光をすべて受光できる大きさ（外径）を有しており、また、主反射鏡２０からの光をすべて受光できる位置に配置される。レンズ４１は、例えば硬質ガラスである硼珪酸ガラス（例えば、ＴＥＭＰＡＸ；商標）を基材として、その主反射鏡２０側の表面（入射面）には、可視光（ＶＩＳ）を透過するとともに、紫外光（ＵＶ）を反射する干渉膜４３を有する。干渉膜４３は、具体的には、基材に対して、ハフニア（ＨｆＯ_２）とフッ化マグネシウム（ＭｇＦ）を交互に積層した膜により形成されている。これにより、例えば、波長３００ｎｍ～４００ｎｍの紫外光を反射し、波長４００ｎｍ～７００ｎｍの可視光を透過することができる。レンズ４１，４２の主反射鏡２０と反対側の表面（出射面）には、不図示の反射防止膜（ＡＲコート）が施される。レンズ４１，４２を透過した可視光が再び反射することを防止するためである。
　そして、波長選択性光学部材４０の光進行方向の前方に、液晶パネルやＤＬＰ用回転色フィルターが配置されてプロジェクターが構成される。

　図２は、ショートアーク型水銀ランプの放射光の進行状態を説明するための図である。
　ショートアーク型水銀ランプ１０の放射光には、可視光（ＶＩＳ）、赤外光（ＩＲ）、紫外光（ＵＶ）が含まれている。可視光（ＶＩＳ）の波長域は概ね４００ｎｍ～７００ｎｍであり、赤外光（ＩＲ）の波長域は概ね７００ｎｍ以上であり、紫外光（ＵＶ）の波長域は概ね４００ｎｍ以下とした。図では、反射鏡やレンズに入射する光を実線で示し、レンズを透過し放射される可視光（ＶＩＳ）を一点鎖線で示し、赤外光（ＩＲ）を点線で示している。
　ランプ放射光のうち、副反射鏡３０に達した光５３は、副反射鏡３０において、可視光（ＶＩＳ）と紫外光（ＵＶ）を反射して、赤外光（ＩＲ）を透過させる。
　次に、主反射鏡２０に達した光５５は、主反射鏡２０において、可視光（ＶＩＳ）と紫外光（ＵＶ）を反射して、赤外光（ＩＲ）を透過させる。光５５は、ショートアーク型水銀ランプ１０から直射する光もあるが、副反射鏡３０で反射した光も含んでいる。
　さらに、波長選択性光学部材４０に達した光５１は、この波長選択性光学部材４０において、可視光（ＶＩＳ）を透過して、紫外光（ＵＶ）を反射する。反射した紫外光（ＵＶ）は、主反射鏡２０を介して、再びショートアーク型水銀ランプ１０に戻される。なお、波長選択性光学部材４０に達した光５１のうち、赤外光（ＩＲ）も干渉膜４３により反射される。

　本願発明の光源装置によれば、以上のような構成により、可視光（ＶＩＳ）だけを光源装置より外部に出射する。紫外光（ＵＶ）は、再びショートアーク型水銀ランプの発光部１１に戻され、ランプ内の水銀蒸気に吸収され、これにより、発光部が昇温され、活性化する。

　図３は、光源装置の光軸Ｚと、ショートアーク型水銀ランプの電極間の中心位置から副反射鏡と主反射鏡との境界部に向けて引いた仮想線とが成す角Ｘが、３０°≦　Ｘ　≦９０°の関係であることを説明するための図である。図３では、Ｘ＝７５°の状態を示している。ショートアーク型水銀ランプ１０が交流点灯方式である場合は、両電極の形状はほぼ同じで、比較的小さいため、角Ｘを９０°（図１参照）にすることにより、集光点における電極間の見かけ上の距離（見かけ上のアークの大きさ）を概ね半分とすることができ、より輝点の小さな光源とすることができる。

　図４は、ショートアーク型水銀ランプの発光部１１を拡大した状態を示す。
　発光部１１の内部には水銀蒸気が充満している。ここで、発光部１１に戻ってくる戻り光５２，５４のうち紫外光（ＵＶ）を水銀蒸気が吸収することで、発光部１１の温度が昇温する。一方、戻り光５２，５４に含まれる可能性のある赤外光（ＩＲ）は、ショートアーク型水銀ランプの発光部の容器内壁付近に存在する、アーク部よりも温度の低い水銀蒸気に吸収されて当該水銀蒸気の温度が上昇すると共に、容器の管壁の温度も上昇する。これによりショートアーク型水銀ランプの発光が強められる。
　発光部１１あるいは水銀蒸気に吸収されなかった紫外光と赤外光は、電極間の空間を通り抜け、ショートアーク型水銀ランプを通過する。このため、局所的に電極を高温化させることはなく、これによる電極損耗を避けることができる。電極の空間を通り抜けた戻り光５２，５４のうち紫外光は、再び主反射鏡２０及び副反射鏡３０に反射されてショートアーク型水銀ランプの発光部に戻され、ショートアーク型水銀ランプの発光を強めることに寄与する。一方、赤外光は電極間の空間を抜けた後、主反射鏡２０に反射されることなく透過し、反射鏡外部へと放出される。紫外光と同様に、主反射鏡２０と副反射鏡３０の間を繰り返し反射させて発光部１１に戻すことが有益とも思われるが、電極間の空間を抜けた赤外光は徐々に最初の光路と違う方向に進んでいき、電極を直接加熱してしまうことになるので、一度電極間の空間を通過した赤外光は、主反射鏡を通し、反射鏡外へと放出するのが好ましい。

　図５（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、波長選択性光学部材４０の実施形態を示す。いずれも、図の左側面が光の入射面、右側面が光の出射面である。（ａ）の例において、波長選択性光学部材４０は、紫外光を反射し可視光を透過する干渉膜４３を入射面に有するレンズ４１と、光路を制御するレンズ４２とにより構成されている。（ｂ）の例の構成波長選択性光学部材４０では、光路を制御する機能を有するレンズ４１の入射面に干渉膜４３が形成された構成が示されている。（ｃ）の例の波長選択性光学部材４０は、干渉膜４３と同様の特性を有する干渉膜４４が形成された入射面が平面であって、反対側の出射面が凹面とされたレンズ４２により、構成されている。

　図６は本発明の他の実施例を示す説明用断面図である。図１に示される実施例では、副反射鏡３０として硼珪酸硝子を基材としたものを用いた場合を示したが、図６の実施例では、副反射鏡３０はアルミニウムを基材としたものが用いられている。副反射鏡３０をアルミニウム基材に変えた以外は図１と同じであるので、同一部材の説明は省略する。
　この例の副反射鏡３０は、アルミへら絞り、プレス加工、切削加工などにより製作され、図１の例と同じ形状の回転反射面を有する。硼珪酸硝子を基材として使用した場合は、反射部材である干渉膜を設ける必要があるが、アルミニウムで製作される本実施例では、基材をそのまま使用しても、ショートアーク型水銀ランプからの発せられる全波長の光を反射することができる。この状況が本図の反射光５３で示されている。反射面に何も加工せずに使用することも可能であるが、反射面の保護のためアルマイト処理を施して使用することもできる。この場合においても、ショートアーク型水銀ランプから発せられる全波長の光を反射することができる。さらには、硼珪酸硝子を基材として使用した場合と同じく、干渉膜による反射膜を形成することも問題なく行える。また、副反射鏡３０をアルミニウムにすることで、硼珪酸硝子の基材の厚みが４ｍｍ程度になるのに対しアルミニウムのそれは１ｍｍ程度と非常に薄く、軽くすることができ、強度にも問題なく利用でき、薄くしたことにより、同じ外径であったとしても、出射光の光を妨げない副反射鏡の開口側寸法を大きくすることができ、捕捉できる光束を多くすることができる。

　図７はショートアーク型水銀ランプ１０の全体構造を示す。ショートアーク型水銀ランプ１０は、水銀を封入した放電ランプであって、石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部１１を有する。この発光部１１の中には発光空間が形成されており、空間内において同一の電極１３ａ，１３ｂが０．５ｍｍ～２ｍｍの間隔で対向配置されている。発光部１１の両端部には封止部１２ａ，１２ｂが形成されており、この封止部１２ａ，１２ｂにはそれぞれ、モリブデンよりなる導電用金属箔１５ａ，１５ｂが、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。金属箔１５ａ，１５ｂの各一端には電極１３ａ，１３ｂの軸部が接合しており、また、金属箔１５ａ，１５ｂの各他端には外部リード１４ａ，１４ｂが接合されて、外部の給電装置から給電が行なわれる。発光部１１には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な紫外光波長、例えば、波長３００ｎｍ～３６０ｎｍの放射光を得るためのもので、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上、具体的には０．１５～０．２５ｍｇ／ｍｍ^３封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時８ＭＰａ以上の高い蒸気圧となる。

　希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａの圧力で封入される。その機能は点灯始動性を改善することにある。ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀あるいはその他の金属と化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、５×１０^－５～７×１０^－３μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択される。ハロゲンの機能は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、本発明のショートアーク型水銀ランプのように極めて小型できわめて高い点灯蒸気圧のものは、放電容器の失透防止という作用もある。ショートアーク型水銀ランプの数値例を示すと、例えば、発光部１１の最大外径９．５ｍｍ、電極間距離１．５ｍｍ、発光管内容積７５ｍｍ^３、定格電圧７０Ｖ、定格電力２００Ｗであり３５０Ｈｚで交流点灯される。

　また、この種のショートアーク型水銀ランプは、小型化するプロジェクター装置に内蔵されるものであり、全体寸法として極めて小型化が要請させる一方で高い発光光量も要求される。このため、発光部内の熱的影響は極めて厳しいものとなる。ショートアーク型水銀ランプの管壁負荷値は０．８～２．０Ｗ／ｍｍ^２、具体的には１．５Ｗ／ｍｍ^２となる。このような高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有することがプロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテーション用機器に搭載された場合に、演色性の良い光を提供できる。なお、ショートアーク型水銀ランプは、交流点灯に限定されず、直流点灯であってもよい。

　図８は、ショートアーク型水銀ランプの電極先端及び突起を模式的に示す図である。電極１３の先端（他方の電極に対向する端部）は、ショートアーク型水銀ランプの点灯に伴い、突起２ｂが形成される。突起２ｂが形成される現象の原理は、必ずしも明らかではないが、以下のように推測される。すなわち、ランプ点灯中に電極先端付近の高温部から蒸発したタングステン（電極の構成材料）は、発光管内に存在するハロゲンや残留酸素と結合して、例えばハロゲンがＢｒである場合にはＷＢｒ、ＷＢｒ_２、ＷＯ、ＷＯ_２、ＷＯ_２Ｂｒ、ＷＯ_２Ｂｒ_２などのタングステン化合物として存在する。これら化合物は電極先端付近の気相中の高温部においては分解してタングステン原子または陽イオンとなる。温度拡散すなわち気相中の高温部であるアーク中から低温部である電極先端近傍に向かうタングステン原子の拡散が生じていること、および、アーク中でタングステン原子が電離して陽イオンになり、陰極動作しているとき電界によって陰極方向へ引き寄せられるドリフトが生じていることによって、電極先端付近における気相中のタングステン蒸気密度が高くなり、電極先端に析出し、突起を形成すると考えられる。

　図８のように、電極１３は半球部２ａと軸部２ｃから構成され、半球部２ａの先端に突起２ｂが形成される。この突起２ｂは、ショートアーク型水銀ランプの点灯開始時に存在しない場合であっても、その後の点灯により、いわば自然発生的に形成される。ここで、突起２ｂは、いかなるショートアーク型水銀ランプであっても生じるというわけではない。電極間距離が１ｍｍ～２ｍｍであって、発光部に０．０８ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、希ガスと、５×１０^－５～７×１０^－３μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲でハロゲンを封入したショートアーク型水銀ランプにおいて、ランプ点灯に伴い、突起２ｂが形成され、突起２ｂ同士の間でアークが形成される。

　本発明の光源装置において、主反射鏡２０、副反射鏡３０、波長選択性光学部材４０は、ショートアーク型水銀ランプからの放射光を反射・透過することができれば、特に上記実施例に限定されるものではない。しかし、プロジェクター装置に使われる観点からは、耐熱性、耐強度性に優れた部材を使うことが好ましい。具体的には、主反射鏡２０は、硼珪酸硝子、石英硝子などを基材とするものであり、副反射鏡３０は、主反射鏡２０の部材に加え、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。耐熱性が要求される理由は、ランプ点灯時、主反射鏡２０は４００℃程度の高温になるからであり、耐強度性が要求される理由は、点灯中に万一ショートアーク型水銀ランプが破損した場合でも、反射鏡を破損させず、ショートアーク型水銀ランプの破片等の飛散を確実に防止するためである。

　波長選択性光学部材４０は、副反射鏡３０の前面開口とは離間していることが望ましい。このような構成においては、ショートアーク型水銀ランプ１０の封止部１２ｂに向けて冷却風を吹き付けることができる。また、主反射鏡２０の前面開口にガラスなどを装着することも可能であるが、波長選択性光学部材４０を構成するレンズ４１若しくは４２にその機能を持たせることができ、これにより、一層の小型化が可能となる。

　図１に示される構成により、主反射鏡２０、副反射鏡３０、波長選択性光学部材４０のレンズ４１について、波長３８０ｎｍ～４００ｎｍの紫外光を反射する構成の本発明の光源装置によれば、紫外光を透過する従来の光源装置と比較して、光出力が７％改善していることが確認された。
　また、同様に、図１に示される構成により、主反射鏡２０、副反射鏡３０、波長選択性光学部材４０のレンズ４１について、波長３００ｎｍ～４００ｎｍの紫外光を反射する構成の本発明の光源装置によれば、紫外光を透過する従来の光源装置と比較して、光出力が１０％改善していることが確認された。

　１０　ショートアーク型水銀ランプ
　２ａ　半球部
　２ｂ　突起
　２ｃ　軸部
　１１　発光部
　１２ａ，１２ｂ　封止部
　１３，１３ａ，１３ｂ　電極
　１４ａ，１４ｂ　外部リード
　１５ａ，１５ｂ　導電用金属箔
　２０　主反射鏡
　２１　基材
　２２　反射部
　２４　首部
　２５　耐熱接着剤
　３０　副反射鏡
　３１　基材
　３２　干渉膜
　４０　波長選択性光学部材
　４１，４２　レンズ
　４３，４４　干渉膜
　５１，５３，５５　光
　５２，５４　戻り光

Claims

　一対の電極を有する発光部とこの発光部の両端に設けられた封止部よりなるショートアーク型水銀ランプと、
　このショートアーク型水銀ランプのアーク方向と光軸が一致するとともに、第一焦点が概ね前記電極間に形成された状態で当該ショートアーク型水銀ランプを取り囲むよう配置された回転楕円面からなる主反射鏡と、
　該主反射鏡の開口部を取り囲むように配置されるとともに、該ショートアーク型水銀ランプから該主反射鏡の開口側へ直接放射された光を該主反射鏡に向けて再び反射させるための副反射鏡と、
　前記副反射鏡に形成された、該主反射鏡から反射した光が通過するための開口部と、
よりなる光源装置において、
　前記主反射鏡は、前記ショートアーク型水銀ランプの放射光のうち、紫外光と可視光を反射するが赤外光を透過するものであり、
　前記副反射鏡は、前記ショートアーク型水銀ランプの放射光のうち、紫外光と可視光を反射するものであり、
　該主反射鏡からの反射光のうち可視光を透過するが紫外光を反射する波長選択性光学部材が、該主反射鏡の第二焦点位置と該副反射鏡との間の位置に配置されていることを特徴とする光源装置。
　前記副反射鏡は、前記ショートアーク型水銀ランプの放射光のうち、赤外光を透過するものであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
　前記副反射鏡は、アルミニウム材によって構成されたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
　前記波長選択性光学部材は、その入射面が、前記主反射鏡からの光が垂直に入射するように構成され、当該入射面に、可視光を透過し紫外光を反射する膜を有することを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかに記載の光源装置。
　前記波長選択性光学部材は、その入射面が平面であり、当該入射面に、可視光を透過し紫外光を反射する膜を有することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の光源装置。
　前記副反射鏡は球面反射鏡から構成されることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれかに記載の光源装置。
　前記主反射鏡の開口径と、前記副反射鏡の入射側の開口径の大きさが、ほぼ一致することを特徴とする請求項１～請求項６のいずれかに記載の光源装置。
　前記副反射鏡の入射側の開口径の大きさは、前記主反射鏡の開口径より大きいことを特徴とする請求項１～請求項６のいずれかに記載の光源装置。
　前記副反射鏡の入射側の開口部が前記主反射鏡の開口部に連続しており、前記主反射鏡の光軸を含む平面で切断した断面において、前記電極間の中心から前記副反射鏡と前記主反射鏡の境界部に向けて引いた仮想線と、前記主反射鏡の光軸とのなす角をＸとしたとき、３０°≦　Ｘ　≦９０°の関係を満たすことを特徴とする請求項１～請求項７のいずれかに記載の光源装置。
　前記ショートアーク型水銀ランプは、電極の先端に突起が形成されていることを特徴とする請求項１～請求項９のいずれかに記載の光源装置。
　請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の光源装置を備えることを特徴とするプロジェクター。