JP2008010384A

JP2008010384A - 光源装置

Info

Publication number: JP2008010384A
Application number: JP2006207995A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Nakayama; 勝之中山
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-01-17
Also published as: CN101082402A; CN101082402B

Abstract

【課題】この発明が解決しようとする課題は、小型の光源装置において、放電ランプから放射される光を出来るだけ広い範囲で捕捉し、該放電ランプから放射される光を効率良く利用できる光源装置を提供することにある。
【解決手段】この発明の光源装置は、対向する一対の電極、該電極を内包するバルブ部、該バルブ部内に封入された０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と希ガス、を具備した放電ランプと、該放電ランプを取り囲むように配設した凹面反射鏡と、から成る光源装置であって、該凹面反射鏡は、球面反射鏡と楕円、または放物反射鏡を連接した反射鏡であって、該２つの反射鏡が連接する境界部に穴部を設けていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、高圧放電ランプと凹面反射鏡よりなる光源装置に関する。特に、発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入され、点灯時の水銀蒸気圧が超高圧となる超高圧水銀ランプを光源とした液晶ディスプレイ装置やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を使ったＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）等のプロジェクタ装置に使われる光源装置に関するものである。

近年、プレゼンテーション等に液晶プロジェクタに代表される投射型表示装置が広く利用されるように成ってきた。特に最近では容易に持ち運べる小型のプロジェクタが強く望まれており、種々の開発が進められている。このような装置の小型化に伴って、該投射型表示装置内に配置される光源装置自身も小型化することが必要となってきた。一方、プロジェクタ等の利用においては、昼間でも利用できることや、室内照明を消さずに利用できることが望まれており、該投射型表示装置内に配置される光源装置自身としてもより明るく、効率の良いものが望まれるようになってきた。

該光源装置の小型化、高効率化が進む中で、該光源装置に配置された放電ランプから放射される光を小さな反射鏡で効率的に集める手段として、従前の反射鏡では有効利用されずにいた光の一部を反射鏡、若しくは該放電ランプ自身に戻し、再利用する方法が考えられている。このような技術としては、例えば、特開平７−２８０１６号号公報や、特許３５５７９８８号公報が知られている。

該特開平７−２８０１６号公報には、放電ランプを具備した凹面反射鏡において、該反射鏡の開口側には、放物面リフレクタを配置し、該放物面リフレクタに連接する該反射鏡の首部側には、該放電ランプの発光点に中心を合わせた球面リフレクタを配置した反射鏡が記載されている。該反射鏡によれば、該球面リフレクタによって該放電ランプから放射された光の一部が再び該放電ランプに戻り、更には該開口側の該放物リフレクタに照射されることによって、従前では有効利用できていなかった、該放電ランプから該反射鏡の首部側に放射される光を有効利用することができる。

また、該特許３５５７９８８号公報には、ショートアーク型放電ランプを取り囲むように配置された凹面反射鏡であって、光投射口を形成する前方反射鏡部分と、該前方反射鏡部分の後方に位置された中央反射鏡部分と、該中央反射鏡部分の後方に位置された後方反射鏡部分を有している。また、該中央反射鏡部分が球面反射鏡であり、該球面反射鏡から該放電ランプに戻すだけでは十分に利用できていなかった首部側に照射される光を前方反射鏡部分の曲率半径と異なる曲率半径を持つ回転楕円体で構成した後方反射供部分を持つことによって、十分利用できていなかった光を更に有効に利用することができる。

上述した従来の光源装置について図７に示す。光源装置６０には、放電ランプ６１が配置され、該放電ランプ６１には、一対の対向配置された電極６２、６３が内包され、該放電ランプ６１の一端には口金６４が取り付けられている。また、該放電ランプ６１の周りを囲むように反射鏡６５が配置されている。該反射鏡６５は、開口側から前方反射鏡部分６６、中央反射鏡部分６７、後方反射鏡部分６８から形成されている。
該光源装置６０は、該放電ランプ６１から放射された光を中央反射鏡部分６７が一度、該放電ランプ６１まで戻し、再度開口側に放射されることにより光の利用効率を高めているものである。また、後方反射鏡部分６８からは、中央反射鏡部分６７、前方反射鏡部分６６では十分に捕捉できなかった光を捉えて、開口側に反射している。このような設計により光の利用効率を改善しようというものである。

しかしながら、従来に示した反射鏡を用いた光源装置では、設計値（該反射鏡の設計形状から光学設計上期待できる照度）ほど高い照度が得られない、といった問題が発生した。また、該光源装置自身の小型化に伴って十分な照度が達成できないといった問題が生じた。

また、通常、該光源装置では、該反射鏡上に該放電ランプの一端から伸びる高電圧給電線を取り出す導出口を設け、ハトメを配設している。例えば、特開２００２−２２２６０１号公報では、該反射鏡の反射面に貫通穴を設け、該貫通穴に鍔付き金属管を差し込み、該高圧給電線を取り出す導出口にハトメ部を形成している。従前では、該反射鏡の大きさが比較的大きいため、該ハトメ部の反射鏡中に占める割合が小さく、該光源装置の照度に対して大きく影響することはなかった。しかし、該光源装置の小型化に伴って、該反射鏡中でハトメ部の占める割合が大きくなり、該光源装置自身が十分な照度を実現できないといった問題が生じた。この問題は、ハトメ部に限らず、該光源装置の特性改善等のために該光源装置の周辺に設けられる穴部、具体的には、該放電ランプを冷却するために設けられた冷却風送付、排風穴や、始動性改善のために設けられる始動補助光源から放射される光を伝達するための穴等によっても、ハトメ部の場合と同じように、該光源装置からの光を低下させ、該光源装置自身が十分な照度を提供できない、といった問題が発生した。
特開平７−２８０１６号特許３５５７９８８号特開２００２−２２２６０１号

発明者らは、該光源装置が設計値通りの照度が得られない点を種々検討の結果、反射鏡の作製時、プレス成型する時点で曲率半径の異なる回転楕円面が連接する境界部分が設計通りの形状とならず、該境界部分に緩やかなＲ形状が形成されるためであることを見つけた。該Ｒ形状の部分からは光が望まれている方向に反射しなくなり、プロジェクタ等に利用する光源装置においては、該境界部が光を捕捉できない無駄な部分となってしまう。そこで、この発明が解決しようとする課題は、小型の光源装置において、放電ランプから放射される光を出来るだけ広い範囲で捕捉し、該放電ランプから放射される光を効率良く利用できる光源装置を提供することにある。

この発明の光源装置は、対向する一対の電極、該電極を内包するバルブ部、該バルブ部内に封入された０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と希ガス、を具備した放電ランプと、該放電ランプを取り囲むように配設した凹面反射鏡と、から成る光源装置であって、該凹面反射鏡は、球面反射鏡と、楕円または放物反射鏡とを連接した反射鏡であって、該２つの反射鏡が連接する境界部に穴部を設けていることを特徴とする。

また、この発明の光源装置において、前記穴部は、該放電ランプに供給する高電圧線を該光源装置外部に引き出す導出口であることを特徴とする。

または、前記穴部は、該放電ランプを冷却する冷却風の送風穴、または排風穴であることを特徴とする。

または、前記穴部は、該放電ランプの始動時に紫外線を発生する始動補助光源を保持する保持用穴であること、または該始動補助光源からの光を通す窓部であることを特徴とする。

更には、前記凹面反射鏡は、金属から構成されていることを特徴とする。

本発明の光源装置は、球面反射鏡と楕円、または、球面反射鏡と放物反射鏡を連接した反射鏡の境界部に穴部を設け、該穴部を利用することで、光源装置として必要な機能を確保したまま、該反射鏡から反射する光を効率的に利用することができるといった利点がある。

また、該穴部を該放電ランプの点灯時に高電圧を印加する給電線を引き出す導出口としたので、該導出口を反射鏡内に設けても該放電ランプから放射される光を減少することなく効率的に取り出すことができる。

また、該穴部を該放電ランプの冷却風送風用に用いることで、該冷却風送風穴が該放電ランプから放射する光の反射を妨げることなく、効率的に該光源装置から取り出せる。更には、該放電ランプのバルブ部で最も高温になるバルブ上面に集中的に冷却風を送付できるため、該放電ランプ全体としての温度分布を調節でき、長寿命の光源装置を提供できる。

また、該穴部に該放電ランプの始動時に紫外線を照射する始動補助光源を配置することで、紫外線を効率良く該放電ランプに照射でき、低い始動電圧で該放電ランプを始動することができる。また、該始動補助光源から放射される光を複数の穴を窓として該放電ランプに照射できるので、より確実に該放電ランプを始動することができる。更には、該始動補助光源が反射鏡から反射される光を妨げることなく、効率良く取り出せるので、高照度の光源装置を提供できる。

更には、該凹面反射鏡を金属で構成することにより、冷却効率を高め、該放電ランプ全体としての温度分布を調節でき、長寿命の光源装置を提供できる。更には、冷却効率が改善されるので、該放電ランプへの投入電力を増やしても、十分な冷却が可能であり、該光源装置から放射される光の照度を増加できるといった利点がある。

本発明の光源装置は、球面反射鏡と楕円、または、球面反射鏡と放物反射鏡を連接した反射鏡に放電ランプを具備した光源装置であって、２つの該反射鏡が連接する境界部に穴部を設け、該穴部を用いてリード線取り出し、または冷却風の送風、始動補助光源からの紫外線の照射を行うものである。

本発明の第１の実施例を図１に示す。図１は本発明の光源装置１であって、該光源装置１には、放電ランプ２と、該放電ランプ２の周りを囲むように配設された反射鏡１０とから成っている。該放電ランプ２には、電極３ａと電極３ｂとが対向配置され、該電極３ａ、３ｂは金属箔４に各々接続されており、該金属箔４の他端には外部リード５が接続されている。該電極３ａ、３ｂはバルブ部６の内部に配置されており、該バルブ部６内には水銀と希ガス、微量のハロゲンが封入され、該金属箔４により気密封止されている。また、該外部リード５の一方は給電線７に、他方は高圧側給電線８に接続されている。また、該放電ランプ２の周りに配設されている反射鏡１０には、該放電ランプ２を保持するホール部１１、該放電ランプ２から放射された光を該光源装置１の前方に放射する開口部１２がある。該ホール部１１と該開口部１２との間には、第１の回転楕円面を構成するホール側反射面１３、第１の反射面に連接する反射面であって球面反射鏡からなる中央反射面１４、第２の回転楕円面を構成する開口側反射面１５が配置され、第1の楕円面と球面、または球面と第２の回転楕円面は、各々曲率半径が異なっている。また、この２つの曲面（第1の楕円面と球面の２つ、または球面と第２の回転楕円面の２つ）の連接する部分である境界部１６には、該境界部１６の周方向の一部に設けられた穴部１７があり、該穴部１７は高圧線を外部に引き出す導出口１８となっており、該放電ランプ２の一方の外部リード５に接続された高圧側給電線８を該光源装置１の外部へ導き出す経路となっている。

本実施例における光源装置１の具体的な寸法の一例を示す。該放電ランプ２の全長は、５０ｍｍ、バルブ部６の外径は１０ｍｍ、該バルブ部６内には希ガスとしてアルゴンガスが０．０１３３ＭＰａ封入され、水銀が０．２５ｍｇ／ｍｍ^３、ハロゲンとして沃素が１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３封入されている。該放電ランプは２００Ｗタイプであり、定常点灯時には８０Ｖ、２．５Ａで点灯される。該放電ランプ２の周りを取り囲むよう配設された凹面反射鏡は、開口部の最大外径が５６ｍｍ、光軸方向の長さが約４４ｍｍ、第１の回転楕円面の第一焦点は該放電ランプの電極間中心であり、該第1焦点から第２焦点までの距離が１２８．５ｍｍの楕円体であって、開口部から２２．７ｍｍの長さまで設けられている。また、該第1の回転楕円体の長軸の長さが７０．８ｍｍ、短軸の長さが２９．６ｍｍである。更に、該第1の回転楕円体に連接する球面反射鏡は、該球面の中心を該放電ランプ２の電極間中心に持ち、半径１２．４ｍｍの球面である。尚、本実施例における球面とは、該放電ランプ２におけるバルブ部６の肉厚を補正する程度の非球面であっても原理的に球面であれば良いものとする。更に、該球面反射鏡に連接する第２の回転楕円面の第一焦点は、該放電ランプ２の電極間中心であり、該第1焦点から第２焦点までの距離が１２８．５ｍｍの楕円体である。また、該第２の回転楕円体の長軸の長さが７３．８ｍｍ、短軸の長さが３６．３ｍｍである。該第２の回転楕円面は、該反射鏡の首部側に長さ２．６ｍｍに亘って形成されている。また、該球面反射鏡１４に連接する回転楕円反射面との境界部には曲率半径Ｒが０．１ｍｍ〜２．５ｍｍのＲ部が形成されており、この部分が実質的に光を設計通りに反射しない部分となる。つまり、該境界部は０．０７ｍｍ〜１．４ｍｍの幅を持っており、該穴部は該境界部にのみ設けられていることが望ましいが、該境界部を含む様に形成されていれば従来よりも光を効率的に利用することができる。

また、本実施例では、２つの曲面の連接する境界部１６に設けられた該導出口１８は、該中央反射面１４と該開口側反射面１５との間に設けられており、２つの曲面の連接する境界部１６を高圧線の該導出口１８とすることで、反射鏡１０の反射面上に穴部１７を設けても、該光源装置１から放射される光の強度は低下しないといった効果がある。

図２に、本発明の第２の実施例を示す。図２は、第１の実施例で示した穴部１７を設ける位置が異なっているものである。第２の実施例における穴部２１は、中央反射面１６とホール側反射面１３との境界部２２に設けられている。また、図２−ｂ）に該穴部２１の拡大図を示す。該穴部２１は、径の大きな座繰り穴２１ａと径の細い貫通穴２１ｂとから成っている。該導出口１８の構造としては、例えば、緩衝部材２５に設けられた穴に鍔金付金属製円筒管２４を通してから該穴部２１に挿入し、反射面２３の裏面２８側で金属部材２６の穴に通し、更に座金２７の穴に通してから専用治具により該鍔金付金属性円筒管２４の端部を押しつぶして固定する。該穴部２１に導出口１８を配置しても該導出口１８の該鍔金付金属製円筒管２４が該座繰り穴２１ａ内に収まっているので、該反射面２３側に突出して該放電ランプ２から放射された光の反射を妨げず、高照度の光源装置を提供できる。

図３に第３の実施例を示す。本実施例における反射鏡３０は、該反射鏡３０内に配置された放電ランプ２のバルブ部６中心近傍に中央反射面１４と開口側反射面１５の境界部３６が設けられている。該境界部３６に連接する該開口側反射面１５の端部３１と、該境界部３６に連接する該中央反射面１４の端部３２とでは、該放電ランプ２のランプ軸に対する径方向の距離が異なっている。具体的には、該開口側反射面１５の端部３１側の径の方が大きくなっており、該開口側反射面１５の端部３１と該中央反射面１４の端部３２とをつなぐ壁部３３が設けられている。該壁部３３に穴部３４を設け、該穴部３４を利用して高圧線の引き出し用導出口３５を設置している。該導出口３５には、該放電ランプ２から伸びる高圧側給電線８を該光源装置３７外部へ導いている。このような構成を取ることにより、該放電ランプ２から放射された光の反射を妨げず、高照度の光源装置を提供できる。

図４に第４の実施例を示す。本実施例における反射鏡４０は、該反射鏡４０内に配置された放電ランプ２のバルブ部６中心近傍に中央反射面１４と開口側反射面１５の境界部４３が設けられている。該境界部４３には冷却風送風穴４１が設けられている。該冷却風送風穴４１は、該放電ランプ２を点灯時、最も高い温度となるバルブ上面側に設けている。また、本実施例では、該中央反射面１４とホール側反射面１３との境界部４４上に第２の冷却風送風穴４２を形成している。このような構成により、該放電ランプ２を点灯時、最も高い温度となるバルブ上面を集中的に冷却することができ、該放電ランプ２全体としての温度分布を調整することで長寿命の光源装置を提供できる。また、該冷却風送風穴４１、４２が反射鏡４０の有効な反射面を避けて配置されているので、該放電ランプ２から放射される光を効率的に利用できる。

尚、本実施例では、冷却風送風穴が２個の場合を示したが、必要に応じて冷却風送風穴の個数は１個であっても、または、２個以上であっても良く、該境界部４３や該境界部４４の上で設ける位置を側面等に変えても良い。また、送風用以外に、該境界部４３等の上に排風用穴を設けることもできる。更には、送風穴、または排風穴は、該境界部４３等の上に配置されていれば良く、形状は円形以外に該境界部４３等の周方向に対して幅広形状等であっても良い。また、該反射鏡４０の厚み方向に対して、該冷却風送風穴を開ける方向を変えれば、冷却風の送風方向を調整することもできる。

図５に第５の実施例を示す。本実施例における反射鏡５０は、該反射鏡５０内に配置された放電ランプ２のバルブ部６中心近傍に中央反射面１４と開口側反射面１５の境界部５３が設けられている。該境界部５３には貫通穴５１が設けられ、該反射鏡５０の裏面５４には該放電ランプ２の始動時に紫外線を放射する始動補助光源５２が配置されている。該始動補助光源５２を固定するためには、該裏面５４側の該貫通穴５１の形状が該始動補助光源５２の形状、例えば外径に合わせて削られており、該始動補助光源５２を埋め込む溝を形成している。また、該貫通穴５１以外に穴部５９を設け、該穴部５９を該始動補助光源５２から放射される紫外線を該放電ランプ２に照射する窓部とすることもできる。尚、該穴部５９は、該始動補助光源５２から放射される光（紫外線）を通す窓部であれば良く、必ずしも貫通穴である必要はない。

このような構成により、該光源装置５５の始動時に始動補助光源５２から放射された紫外線が該貫通穴５１を通って該放電ランプ２のバルブ部６内に照射され、該放電ランプ２の始動電圧が低くても確実に点灯できる。

図５−ｂ）には、本実施例で用いた始動補助光源５２の概略図を示す。該始動補助光源５２は、細い石英ガラス管５６の内部にキセノンガス等の希ガスを封入した石英ガラス管５６であって、両端には高電圧を印加する高電圧源５８に接続されたコイル状の給電線５７が巻かれた形態で、誘電体として作用する該石英ガラスを介して該給電線５７から該石英ガラス管５６内の希ガス等に電力が投入され、エキシマ放電により紫外線を発生するものである。本実施例では該石英ガラス管５６の内部には希ガスとしてのキセノンガスのみを封入した場合を示したが、場合によっては微量のハロゲン、水銀等を封入しても良く、該石英ガラス管５６の内部に金属体として、例えばタングステンやモリブデン等の線状部材を配置しても良い。

図６には、本発明の第６の実施例を示す。本実施例における光源装置１では、放電ランプ２を具備した反射鏡１０が金属製の凹面反射鏡となっている。その他の構成は他の実施例、例えば実施例１とほぼ同様である。すなわち、該放電ランプ２は、バルブ部６の内部に対向配置された電極３ａ、３ｂと、該バルブ部６の両端に突出する封止部に該電極３ａ、３ｂ各々と溶接された金属箔４が封止され、該金属箔４の他端には外部リード５が溶接され、外部から該電極３ａ、３ｂに電力を供給している。該放電ランプ２は、該反射鏡１０のホール部１１に固着されている。また、該反射鏡１０の形状は、該ホール部１１側から、ホール部側反射面１３、中央反射面１４、開口側反射面１５、が配置され、開口部１２から該放電ランプ２より生成された光が出射される。例えば、ホール側反射面１１と開口側反射面１５とは該放電ランプ２の電極間中心に一つの焦点を持つ回転楕円体からなる反射鏡であり、中央反射面１４は該電極間中心を球の中心とする球体の一部となっている。このような金属からなる反射鏡１０は、例えばアルミニウムや銅をプレス成型や絞り加工で形成できる。また、本実施例における該反射鏡１０には、ホール部側反射面１１と中央反射面１４との間、または、中央反射面１４と開口側反射面１５との間である境界部１６に穴部１７が設けられている。該穴部１７には、例えばセラミック等からなる絶縁性筒体７１が挿入されており、該放電ランプ２に電力を供給する高圧側給電線８が該絶縁性筒体７１内を通って外部に導出されている。金属製の該反射鏡１０においては、該絶縁性筒体７１によって、該高圧側給電線８と該反射鏡１０間で漏電や、これらの部材間で発生する電位差から起こる放電などの不具合が抑制される。

本実施例の該光源装置１は、該反射鏡１０をアルミニウムや銅などの金属で構成することにより、該光源装置１全体としての冷却効率を高め、該放電ランプ２の温度分布を調節でき、長寿命の該光源装置１を提供できる、といった効果がある。更には、冷却効率が改善されるので、該放電ランプ２への投入電力を増やしても、十分な冷却が可能であり、該光源装置１から放射される光の照度を増加できるといった利点もある。

尚、本実施例として示した実施例１から実施例６までは、すべて反射鏡の形態として３段ミラーの形態、すなわち、開口側から、第１の回転楕円体、球面反射鏡、第２の回転楕円体から構成される反射鏡について示した。しかし、本発明においては、該回転楕円体の部分が放物反射鏡であっても良い。また、球面反射鏡と他の曲面を持つ２つの反射鏡の組み合わせであっても良い。また、該球面反射鏡は配置される放電ランプのバルブ部を形成するガラス材の肉厚を考慮した非球面反射鏡であっても、実質的に球面反射鏡と同様の効果を得られる範囲の非球面形状であれば、本発明における球面に含まれるものとする。

この発明の第１の実施例を示す概略断面図この発明の第２の実施例を示す概略断面図この発明の第３の実施例を示す概略断面図この発明の第４の実施例を示す概略断面図この発明の第５の実施例を示す概略断面図この発明の第６の実施例を示す概略断面図従来の光源装置を示す概略図

符号の説明

１光源装置
２放電ランプ
３ａ電極
３ｂ電極
４金属箔
５外部リード
６バルブ部
７給電線
８高圧側給電線
１０反射鏡
１１ホール部
１２開口部
１３ホール側反射面
１４中央反射面
１５開口側反射面
１６境界部
１７穴部
１８導出口
２１穴部
２２境界部
２３反射面
２４鍔金付金属製円筒管
２５緩衝部材
２６金属部材
２７座金
２８裏面
３０反射鏡
３１端部
３２端部
３３壁部
３４穴部
３５導出口
３６境界部
３７光源装置
４０反射鏡
４１冷却風送風穴
４２冷却風送風穴
４３境界部
４４境界部
５０反射鏡
５１貫通穴
５２始動補助光源
５３境界部
５４裏面
５５光源装置
５６石英ガラス管
５７給電線
５８高電圧源
５９穴部
６０光源装置
６１放電ランプ
６２電極
６３電極
６４口金
６５反射鏡
６６前方反射鏡部分
６７中央反射鏡部分
６８後方反射鏡部分
７１絶縁性筒体

Claims

対向する一対の電極、該電極を内包するバルブ部、該バルブ部内に封入された０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と希ガス、を具備した放電ランプと、該放電ランプを取り囲むように配設した凹面反射鏡と、から成る光源装置であって、
該凹面反射鏡は、球面反射鏡と、楕円または放物反射鏡とを連接した反射鏡であって、該２つの反射鏡が連接する境界部に穴部を設けていることを特徴とする光源装置。
前記穴部は、該放電ランプに供給する高電圧線を該光源装置外部に引き出す導出口であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記穴部は、該放電ランプを冷却する冷却風の送風穴、または排風穴であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記穴部は、該放電ランプの始動時に紫外線を発生する始動補助光源を保持する保持用穴であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記穴部は、該放電ランプの始動時に紫外線を発生する始動補助光源からの光を通す窓部であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記凹面反射鏡は、金属から構成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。