JP2011023150A

JP2011023150A - 光源装置

Info

Publication number: JP2011023150A
Application number: JP2009165321A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Ukai; 俊哉鵜飼
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-02-03

Abstract

【課題】放電ランプから放射される光を発光部１１に戻すための副反射鏡３を有していても、副反射鏡３が固着された封止部１２ｂに設けられた金属箔１４ｂの箔浮きを抑制し、クラックの発生を防止できる光源装置を提供する。
【解決手段】内部に電極１３ａ、ｂが対向配置された発光部１１と、この発光部１１の両端に形成されて金属箔１４ａ、ｂが埋設された封止部１２ａ、ｂよりなる放電ランプと、
一方の封止部１２ａに、該放電ランプを取り囲むように取り付けられた凹面反射鏡２と、
他方の封止部１２ｂに、該放電ランプからの放射光を発光部１１に戻すための反射部３１と、反射部３１に続いて形成されて接着剤４を介して取り付けられる筒状部３２とからなる副反射鏡３とを有する光源装置において、
前記副反射鏡３は、筒状部３２の外周面に金属部材が配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、本発明は、データプロジェクタや液晶プロジェクタ、ＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）プロジェクタなどの装置に用いられる光源装置に関する。特に、発光部内に水銀が０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上封入され、水銀蒸気圧が１１０気圧以上となる放電ランプを備える光源装置に関する。

近年、液晶プロジェクタや、デジタル・ライト・プロセッシング技術を使用したDLPプロジェクタが普及しつつある。このような装置においては、例えば放電ランプよりなる光源と凹面反射鏡を組み合わせて構成される光源装置が使用されている。
図４は、特開２００５−３０９３７２号公報に示す光源装置の構成を示す断面図である。
光源装置は、放電ランプ１の一方の封止部１２ａが凹面反射鏡２に組み込まれて構成されており、凹面反射鏡２の中心軸に放電ランプ１の光軸が一致するように水平に配置されている。放電ランプ１の他方の封止部１２ｂには、その反射部３１が放電ランプ１の発光部１１の外周面の近傍に位置するように副反射鏡３が取り付けられている。副反射鏡３は、凹面反射鏡２に対向するように配置される反射部３１に続いて、封止部１２ｂと平行にのびる筒状部３３が形成されており、筒状部３３と封止部１２ｂとの間の隙間に接着剤４を注入して固着されている。

副反射鏡３がない場合、放電ランプ１の発光部１１から他方の封止部１２ｂに向けて放射される光は、前方に向かって直接照射する拡散光となってしまい、凹面反射鏡２の焦点に集光されず、有効に利用することができない。しかし、副反射鏡３を設ければ、発光部１１から他方の封止部１２ｂに向けて放射された光を副反射鏡３で反射させ、発光部１１を介して凹面反射鏡２に戻すことができる。副反射鏡３から凹面反射鏡２に戻された光は、凹面反射鏡２の焦点に集光して利用可能となり、発光部１１から放出された光の利用効率が向上する。

特開２００５−３０９３７２号公報

しかしながら、特開２００５−３０９３７２号公報に記載の光源装置を長時間点灯すると、副反射鏡３が取り付けられている封止部１２ｂに気密封止されている金属箔１４ｂが、封止部１２ｂを構成するガラス質との密着が弱くなり、いわゆる箔浮き現象が生じることがわかった。箔浮きが進行することで、封止部１２ｂにクラックが生じることや、封止部１２ｂが破損する原因となる。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、放電ランプから放射される光を発光部に戻すための副反射鏡を有していても、副反射鏡が固着された封止部に設けられた金属箔の箔浮きを抑制し、クラックの発生を防止できる光源装置を提供することを目的とする。

本願第１の発明は、内部に電極が対向配置された発光部と、この発光部の両端に形成されて金属箔が埋設された封止部よりなる放電ランプと、一方の封止部に、放電ランプを取り囲むように取り付けられた凹面反射鏡と、他方の封止部に、放電ランプからの放射光を発光部に戻すための反射部と、この反射部に続いて形成されて接着剤を介して取り付けられる筒状部とからなる副反射鏡とを有する光源装置において、前記副反射鏡は、筒状部の外周面に金属部材が配置されていることを特徴とする。
本願第２の発明は、第１の発明において、前記金属部材はコイルよりなることを特徴とする。
本願第３の発明は、第１または第２の発明において、前記金属部材と、前記金属箔から導出される外部リードとを導通させていることを特徴とする。

本願第１、第２の発明に係る光源装置によれば、副反射鏡の筒状部の外周面に金属部材を取り付けることによって、光電効果により副反射鏡の筒状部の外周面の周囲に光電子が生じ負電荷に帯電させることができる。接着剤に含まれる微量の金属のアルカリイオンは副反射鏡の筒状部の外周面の方向にも引き寄せられるので、接着剤に含まれるアルカリ金属が封止部に溶け込みにくいようにすることができる。接着剤に含まれるアルカリ金属が封止部に侵入しないようにし、金属箔の箔浮きを抑制し、クラックの発生を防止する。

本願第３の発明に係る光源装置によれば、金属部材と外部リードを導電線で接続することによって、金属部材と金属箔とを同電位にすることができる。接着剤を挟んで両側に同電位に帯電した部材が配置された上で、光にさらされる金属部材の表面で光電効果により光電子が放出されるので、アルカリイオンの封止部への侵入をより効果的に抑えることができる。

第１の実施形態の光源装置の構成を示す断面図図１の光源装置の光源装置の副反射鏡が接続されている部分を拡大して示す断面図第２の実施形態の光源装置の副反射鏡が接続されている部分を拡大して示す断面図従来の光源装置の構成を示す断面図

図１は、第１の実施形態の光源装置の構成を示す断面図である。
放電ランプ１の一方の封止部１２ａが凹面反射鏡２に組み込まれて構成されており、凹面反射鏡２の中心軸に放電ランプ１の光軸が一致するように水平に配置されている。放電ランプ１の他方の封止部１２ｂには、その反射部３１が放電ランプ１の発光部１１の外周面の近傍に位置するように副反射鏡３が取り付けられている。

放電ランプ１は、石英ガラスよりなる概略球形の発光部１１を有し、この発光部１１に、タングステンよりなる電極１３ａ、１３ｂが対向して配置される。また、発光部１１の端部から伸びるよう封止部１２ａ、１２ｂが形成され、封止部１２ａ、１２ｂ内には、例えばモリブデンよりなる導電用の金属箔１４ａ、１４ｂがシュリンクシールにより気密に埋設されている。一対の電極１３ａ、１３ｂは、基端が金属箔１４ａ、１４ｂに溶接されて電気的に接続されている。

封止部１２ｂには、その反射部３１が発光部１１の外周面の近傍に位置するように、例えば石英ガラスよりなる漏斗状の副反射鏡３が取り付けられている。副反射鏡３は、発光部１１の表面に対応するように形成された半円状の反射部３１に金属蒸着膜が形成されて光を反射するようになっている。反射膜は、例えばシリカ（ＳｉＯ_２）層とチタニア（ＴｉＯ_２）層、もしくは、シリカ（ＳｉＯ_２）層とニオビア（Ｎｂ_２０_５）層が交互に積層されてなる、全体で厚さ０．５μｍ〜１０μｍの誘電体多層膜からなるものであって、波長３５０ｎｍ〜８００ｎｍの可視光を反射する機能を有している。

発光部１１から封止部１２ｂに向けて放射された光は副反射鏡３で反射させられるので、反射部３１を介して凹面反射鏡２に戻る。副反射鏡３から凹面反射鏡２に戻された光は、凹面反射鏡２の焦点に集光させることができ、発光部１１から放出された光の利用効率が向上する。

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、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜８３０ｎｍという放射光を得るためのもので、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上封入される。この水銀封入量は温度条件によっても異なるが、点灯時に発光部１１の内圧が１５０気圧以上の極めて高い蒸気圧となるように製作される。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧が２００気圧以上または３００気圧以上となる放電ランプ１を製作することができ、プロジェクタ装置に適した光源を実現することができる。
希ガスは、点灯始動性を改善するために用いられ、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入される。

ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀その他の金属との化合物の形態で封入され、ハロゲンの封入量は、１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択される。ハロゲンを封入することによって、ハロゲンサイクルが発生し、放電ランプ１の寿命を長くすることができる。また、本発明の光源装置に用いられる放電ランプ１のように極めて小型で高い内圧を有するものでは、ハロゲンを封入することによって、発光部１１の黒化・失透を防止する効果がある。

図２は、図１に示す光源装置の副反射鏡３が接続されている部分を拡大して示す断面図である。
副反射鏡３は、反射膜が形成された反射部３１に続いて、封止部１２ｂと平行にのびる筒状部３３が形成され、筒状部３３を封止部１２ｂに固定することにより副反射鏡３を固着させている。副反射鏡３は、筒状部３３から接着剤４が充填されて、封止部１２ｂに固着されている。接着剤４は、封止部１２ｂに埋設された電極１３ｂの後端付近から金属箔１４ｂにかかる部分に対応する位置に塗布されている。

放電ランプ１の点灯時に発光部１１の傍に配置される副反射鏡３は高温になるため、副反射鏡３を固着する接着剤４は耐熱温度の高いシリカ系やアルミナ系の無機接着剤が用いられる。そして、無機接着剤には、接着強度を向上させるために、ナトリウム（Ｎａ）やリチウム（Ｌｉ）などの少量のアルカリ金属が含まれている。また、副反射鏡３を固着する接着剤４は、発光管１１の近くに塗布されるので、凹面反射鏡を固着する接着剤に比べて非常に高温になる。

接着剤４に含まれているナトリウム成分やリチウム成分は、放電ランプの点灯時に放射される熱によって、電離して電子を放出してアルカリイオンとなる。アルカリイオンは正電荷に帯電しているので、電極１３ｂが陰極動作をするときには、封止部１２ｂに設けられている金属箔１４ｂの負電荷に引き寄せられてしまう。このような現象のため、発光部１１の傍に配置される副反射鏡３を接着剤４により固着すると、接着剤４が非常に高温になるため、接着剤４に含まれる微量の金属が封止部１２ｂを構成するガラス質に溶け込みやすい状態となる。この接着剤４に含まれるアルカリ金属が封止部１２ｂに溶け込むことによって、金属箔１４ｂが剥離していたと考えられる。

そこで、副反射鏡３の筒状部３３の外周面にコイル４を巻回して、接着剤４に含まれるアルカリ金属が封止部１２ｂに溶け込みにくいようにしている。副反射鏡３には可視光を反射する反射膜が形成されているため、紫外光は副反射鏡３を透過する。副反射鏡３の外表面に巻回されたコイル４には、放電ランプから放射されて副反射鏡３を透過した光や、凹面反射鏡によって反射された光にさらされ、紫外域から可視域にかけて強い光が照射される。光が照射されたコイル４からは、光電効果により電子（光電子）が表面から放出される。副反射鏡３の筒状部３３の外周面にコイル４などの金属部材を取り付けることによって、副反射鏡３の筒状部３３の外周面の周囲を光電子によって負電荷に帯電させることができる。

副反射鏡３の筒状部３３の外周面の周囲が負電荷に帯電しているので、接着剤４に含まれる微量の金属のアルカリイオンは副反射鏡３の筒状部３３の外周面の方向にも引き寄せられるので、金属箔１４ｂの負電荷だけに一方的に引き寄せられる場合に比べて、接着剤４に含まれるアルカリ金属が封止部１２ｂに溶け込みにくいようにすることができる。接着剤４に含まれるアルカリ金属が封止部１２ｂに侵入しないようにすることによって、金属箔１４ｂの箔浮きを抑制し、クラックの発生を防止できる。

図１、図２に示す光源装置には、副反射鏡３の筒状部３３の外周面にコイル４を巻回した例を示したが、金属表面に光が照射されれば光電効果が起きるので、コイル４以外にも金属箔や網状金属を筒状部３３の外周面に配置しても同様の効果が得られる。また、金属部材は筒状部３３の外周面を覆うように環状に配置することが好ましいが、所々に金属部材が配置されていない間欠部分があっても筒状部３３の外周面の周囲の他の部分が負電荷に帯電するので、接着剤４に含まれるアルカリ金属が封止部１２ｂに侵入しないように抑制する効果がある。

また、放電ランプ１が交流点灯される場合でも、副反射鏡３が接続されている側の電極１３ｂが陰極動作をするたびに、接着剤４に含まれる微量の金属が金属箔１４ｂに引き寄せられるので、アルカリ金属が封止部１２ｂに溶け込みやすい状態となる。そのため、副反射鏡３の筒状部３３の外周面に金属部材を配置することによって、アルカリ金属が封止部１２ｂに侵入しないように抑制する効果が得られる。
また、放電ランプ１が直流点灯される場合に、副反射鏡３が接続されている側の電極１３ｂを陰極とすれば、アルカリ金属が常に金属箔１４ｂに引き寄せられて封止部１２ｂに溶け込みやすい状態になる。当然ながら、筒状部３３の外周面に金属部材を配置することによって、アルカリ金属が封止部１２ｂに侵入しないように抑制する効果が得られる。

図３は、第２の実施形態の光源装置の副反射鏡３が接続されている部分を拡大して示す断面図である。
第２の実施形態の光源装置は、第１の実施形態の光源装置において、副反射鏡３の筒状部３３の外周面に巻回されたコイル４と、金属箔１４ｂに接続される外部リード１５ｂとを電気的に接続する導電線５が付け加えられた形態である。

導電線５は、直径φ０．３ｍｍ、長さ１５ｍｍの鉄クロムよりなる金属線よりなり、両端をコイル４または外部リード１５ｂに巻回することによって導通させている。外部リード１５ｂから外方に伸びるように引き出され、封止部１２ｂに密着しないように形成される。

コイル４と外部リード１５ｂを導電線５で接続することによって、コイル４と金属箔１４ｂとを同電位にすることができる。接着剤４を挟んで両側に同電位に帯電した部材が配置された上で、光にさらされるコイル４の表面で光電効果により光電子が放出されるので、アルカリイオンの封止部への侵入をより効果的に抑えることができる。
例えば、電極１３ｂが陰極動作したときは、金属箔１４ｂに負電荷が帯電するが、コイル４も金属箔１４ｂと同様に負電荷に帯電する。さらにコイル４の表面で光電効果により光電子が放出されるので、コイル４の方がより多く電子が存在し、アルカリイオンを引き寄せて封止部への侵入を抑える。
また、電極１３ｂが陽極動作したときは、金属箔１４ｂに正電荷が帯電するが、コイル４も金属箔１４ｂと同様に正電荷に帯電する。しかし、コイル４の表面で光電効果により光電子が放出されるので、コイル４の方に電子が多く存在し、アルカリイオンを引き寄せて封止部への侵入を抑える。

また、外部リード１５ｂにコイル４を導通させることによって、導電線５を介してコイル４に電子が供給される状態となる。そのため、コイル４で光電子が放出されても電子が枯渇せず、コイル４から光電子を絶えず放出することができる。

続いて実施例について説明する。副反射鏡の筒状部の外周面にコイルを巻回した場合とコイルがない場合について、封止部に発生するクラックの有無について調べる実験をした。実験対象として用いた放電容器と副反射鏡とコイルと接着剤の仕様を以下に示す。
放電容器：材質；石英ガラス、発光部の最大径；φ１０．０ｍｍ、封止部の径φ５〜６ｍｍ
副反射鏡：材質；石英ガラス、反射部の最大径；φ１４ｍｍ、筒状部外径φ９ｍｍ、筒状部長さ６ｍｍ
コイル：材質；鉄クロム合金ワイヤ、素線径φ０．３ｍｍ、巻線径φ９．６ｍｍ〜１０ｍｍ、全長６ｍｍ
接着剤：材質；シリカ・アルミナ系無機接着剤、アルカリ金属含有率１００００ｐｐｍ

副反射鏡の筒状部の外周面に導電線が接続されていないコイルを巻回した放電ランプと、コイルを巻回しない放電ランプとを１０本ずつ準備し、交流電力を供給して連続点灯実験を行った。点灯時間が１００時間、２００時間、５００時間、１０００時間、１５００時間、２０００時間となるたびに封止部のクラックの有無を目視で確認した。実験結果を以下の表に記載する。

副反射鏡の筒状部の外周面にコイルを巻回した放電ランプでは２０００時間点灯してもクラックが発生しなかった。副反射鏡の筒状部の外周面にコイルを巻回しなかった放電ランプでは点灯時間が長くなるほど封止部にクラックが発生する確率が高くなった。
以上の結果より、副反射鏡の筒状部の外周面にコイルを巻回した放電ランプでは、封止部にクラックを生じさせないことが確認された。

１放電ランプ
２凹面反射鏡
３副反射鏡
４コイル
５導電線
１１発光部
１２ａ、ｂ封止部
１３ａ、ｂ電極
１４ａ、ｂ金属箔
１５ｂ外部リード
３１反射部
３２筒状部

Claims

内部に電極が対向配置された発光部と、この発光部の両端に形成されて金属箔が埋設された封止部よりなる放電ランプと、
一方の封止部に、放電ランプを取り囲むように取り付けられた凹面反射鏡と、
他方の封止部に、放電ランプからの放射光を発光部に戻すための反射部と、この反射部に続いて形成されて接着剤を介して取り付けられる筒状部とからなる副反射鏡とを有する光源装置において、
前記副反射鏡は、筒状部の外周面に金属部材が配置されていることを特徴とする光源装置。
前記金属部材はコイルよりなることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記金属部材と、前記金属箔から導出される外部リードとを導通させていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。