JP4784561B2 - Optical device - Google Patents
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Description
この発明は光学装置に関する。特にプロジェクター装置に使われる光学装置に関する。 The present invention relates to an optical device. In particular, the present invention relates to an optical device used in a projector device.
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（登録商標）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。
Generally, there are a projector apparatus using a liquid crystal (LCD) panel and a DLP system.
There are 1 and 3 types of LCD panel systems. However, in either system, the radiated light from the light source is separated into three colors (RGB), and the LCD panel supports image information. In this method, the transmitted light is adjusted for transmission, and then the three colors transmitted through the panel are combined and projected onto the screen.
On the other hand, the method using DLP (registered trademark) is a spatial modulation element (also called a light modulation device, specifically a DMD element, etc.) through a rotary filter in which the RGB region is divided and formed from the light emitted from the light source. Etc.) in a time-sharing manner, and the DMD element reflects specific light to irradiate the screen. The DMD element is a device in which millions of small mirrors are laid out for each pixel, and light projection is controlled by controlling the direction of each small mirror.
Compared with the LCD system, the DLP system has a merit that the entire apparatus is small and simple because the optical system is simple and there is no need to use three LCD panels.
一方、プロジェクター装置の光源は、高い水銀蒸気圧の高圧放電ランプが使用される。水銀蒸気圧を高くすることで、可視波長域の光を高い出力で得るからである。
また、この放電ランプ（以下、単に「ランプ」ともいう）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（略お椀型）の中に組み込まれる。凹面反射鏡を使うことで、ランプからの放射光を、限られた面積のスクリーンに効率よく収束できる。
On the other hand, a high pressure discharge lamp having a high mercury vapor pressure is used as a light source of the projector apparatus. This is because by increasing the mercury vapor pressure, light in the visible wavelength region can be obtained with high output.
Further, this discharge lamp (hereinafter also simply referred to as “lamp”) is incorporated into a concave ellipsoidal reflecting mirror (substantially bowl-shaped) in order to brighten the image projected on the screen. By using a concave reflecting mirror, the emitted light from the lamp can be efficiently focused on a screen with a limited area.
近年、特に、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、出先で使う場合が多く、このため、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。
そして、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光学装置（放電ランプや凹面反射鏡）も小型化が要求される。
そして、当然ではあるが、このような寸法上、形状上の制約を受けたとしても、ランプの放射光の利用効率は高めなければならない。
In recent years, in particular, projector apparatuses used for presentations are often used on the go. Therefore, there is a strong demand for miniaturization and weight reduction in the sense that they can be easily carried.
When the projector device is required to be downsized, naturally, the optical device (discharge lamp and concave reflecting mirror) incorporated in the projector device is also required to be downsized.
As a matter of course, the utilization efficiency of the radiated light of the lamp must be increased even if the size and shape are restricted.
図９は、光の利用効率を高めるために工夫された反射鏡の構造を示す。
反射鏡２００は、楕円面反射鏡部分２１０と球面反射鏡部分２２０が放射方向に前後するように構成される。具体的には、反射鏡２００の前方開口側に楕円面反射鏡部分２１０が形成され、後方開口側、すなわち、頂部側に球面反射鏡部分２２０が形成される。
この構成では、ランプ１００から反射鏡頂部側に向かって放射される光Ｌ１を、球面反射鏡部分２２０に反射させて、一旦、アーク方向に戻し（光Ｌ２）、その後、放電アークを通過して楕円面反射鏡部分２１０により（光Ｌ３）、前方開口に向かって反射している（光Ｌ４）。
この構成は、楕円面のみから構成される反射鏡に比較すると、反射鏡の頂部近傍に放射された光を有効に利用できるため、光の利用効率を向上できる利点がある。
図９に示す構造は、例えば、特開平３−２６６８２４号や実開昭６３−１６２３２０号に記載される。
FIG. 9 shows the structure of a reflecting mirror devised to increase the light utilization efficiency.
The reflecting
In this configuration, the light L1 radiated from the
This configuration has an advantage that the light utilization efficiency can be improved because the light emitted near the top of the reflecting mirror can be effectively used as compared with the reflecting mirror composed only of the ellipsoidal surface.
The structure shown in FIG. 9 is described, for example, in JP-A-3-266824 and JP-A-63-162320.
ここで、ランプ１００が破損した場合は、ランプを構成するガラスや電極等が、反射鏡２００に直撃して、反射鏡２００を破損・飛散させることがある。特に、プロジェクター装置は、小型化が進んでいることから、装置内部の収納部品が密集している。このため、反射鏡が破損・飛散した場合は、単に使用できないというだけにとどまらず、他の周辺部品にまで悪影響を及ぼしかねない。従って、万一、ランプ１００の破損により反射鏡２００が破損したとしても、その被害を反射鏡２００内部で抑えるような工夫が必要となる。
Here, when the
反射鏡の破損・飛散の対策として、特開２００１−５０９９号には、反射鏡湾曲部分の外表面に耐熱性を有するシートもしくはフィルム状の飛散防止部材を設けることが記載される。また、特許第３８０３７３６号には、反射鏡の外表面に耐熱性有機系被膜を施すことが記載される。また、特開２００４−３１８０２７号にも、反射鏡の外表面に樹脂による飛散防止膜を施すことが記載される。また、特開２００２−７５０３９号には、反射鏡の外表面全域に金属製部材を被覆することが記載される。
これらの技術は、反射鏡が破損した場合に反射鏡構成部材が激しく飛び散ることを防止するものであるが、いずれも反射鏡内面は単一の滑らかな曲面にて形成されるものであり、図９に示すような、楕円面と球面をつなぎ合わせて一つの凹面反射鏡を構成するものではない。特に、楕円面と球面をつなぎ合わせて一つの凹面反射鏡を構成した場合は、「ヘルツ破壊」と呼ばれる反射鏡の損傷を生じる。これは、小さな硬球体の衝撃によって衝撃面から円錐状の破壊形状（ヘルツコーン）を生じる現象をいい、この場合、電極やランプを構成するガラスが小さな硬球体に相当する。この現象は、加撃物が反射鏡に対して、作用面積が小さく、硬く、また、衝撃速度が速い場合に起こりやすいといわれているが、発生場所は、楕円面と球面をつなぎ合わせた境界に多数発生していた。つまり、図９に示すような構造の凹面反射鏡にあっては、従来技術で説明した飛散防止膜の技術だけでは、必ずしも良好に解決できないということである。
These technologies prevent the reflecting mirror constituent members from violently scattering when the reflecting mirror is broken, but in both cases, the reflecting mirror inner surface is formed by a single smooth curved surface. As shown in FIG. 9, the ellipsoidal surface and the spherical surface are not connected to form one concave reflecting mirror. In particular, when one concave reflecting mirror is formed by connecting an elliptical surface and a spherical surface, damage to the reflecting mirror called “Hertzian destruction” occurs. This refers to a phenomenon in which a conical fracture shape (Hertz cone) is generated from the impact surface by the impact of a small hard sphere, and in this case, the glass constituting the electrode and the lamp corresponds to the small hard sphere. This phenomenon is said to occur easily when the impacted object has a small area of action and is hard with respect to the reflector, and the impact velocity is high, but the occurrence location is the boundary where the ellipsoid and spherical surfaces are joined. Occurred a lot. That is, the concave reflecting mirror having the structure shown in FIG. 9 cannot always be solved satisfactorily only by the anti-scattering film technique described in the prior art.
この発明が解決しようとする課題は、小型化と高い光取出効率を有するとともに、放電ランプが万一破損した場合も反射鏡の破損・飛散に対処できるプロジェクター装置に適した光源装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a light source device suitable for a projector device that has a small size and high light extraction efficiency, and can cope with breakage / scattering of a reflecting mirror even if the discharge lamp is broken. It is.
上記課題を解決するために、この発明に係る光源装置は、内部に一対の電極が対向配置し、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を少なくとも含む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を取り囲む凹面反射鏡よりなる。
そして、凹面反射鏡は、楕円面反射鏡部分と球面反射鏡部分よりなる２つ回転反射鏡部分が、当該凹面反射鏡の光放射方向に対して前後する位置関係で構成され、当該凹面反射鏡の外表面であって、前記楕円面反射鏡部分と前記球面反射鏡部分の境界に相当する位置に、無機材料よりなるリング状の補強部材が被さっていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a light source device according to the present invention includes a short arc type mercury lamp having a pair of electrodes opposed to each other and containing at least 0.15 mg / mm 3 or more of mercury, and the short arc type mercury. Consists of a concave reflector surrounding the lamp.
The concave reflecting mirror is constituted by a positional relationship in which two rotating reflecting mirror parts including an ellipsoidal reflecting mirror part and a spherical reflecting mirror part move back and forth with respect to the light emission direction of the concave reflecting mirror. A ring-shaped reinforcing member made of an inorganic material is covered at a position corresponding to the boundary between the ellipsoidal reflecting mirror portion and the spherical reflecting mirror portion.
また、凹面反射鏡は、前方楕円反射鏡部分、球面反射鏡部分および後方楕円反射鏡部分が、凹面反射鏡の光放射方向に対して互いに前後する位置関係で構成され、当該凹面反射鏡の外表面であって、前記楕円面反射鏡部分と前記球面反射鏡部分の境界、および／または、前記球面反射鏡部分と前記後方楕円面反射鏡部分の境界に相当する位置に、無機材料よりなるリング状の補強部材が被さっていることを特徴とする。 Further, the concave reflecting mirror is configured such that the front elliptical reflecting mirror part, the spherical reflecting mirror part and the rear elliptical reflecting mirror part are in a positional relationship with respect to the light emission direction of the concave reflecting mirror. A ring made of an inorganic material on the surface corresponding to the boundary between the ellipsoidal reflector part and the spherical reflector part and / or the boundary between the spherical reflector part and the rear ellipsoidal reflector part. It is characterized by covering the shape of a reinforcing member.
さらに、前記リング状の補強部材は、セラミックスから構成されることを特徴とする。 Furthermore, the ring-shaped reinforcing member is made of ceramics.
前記リング状の補強部材は、前記凹面反射鏡の外表面との間に無機系接着剤を介在させて配置していることを特徴とする。 The ring-shaped reinforcing member is characterized in that an inorganic adhesive is interposed between the ring-shaped reinforcing member and the outer surface of the concave reflecting mirror.
前記リング状の補強部材は、前記凹面反射鏡の前記楕円面反射鏡部分と前記球面反射鏡部分の曲面形状と近似する曲面形状により形成されることを特徴とする。 The ring-shaped reinforcing member is formed by a curved surface shape that approximates the curved surface shape of the elliptical reflecting mirror portion and the spherical reflecting mirror portion of the concave reflecting mirror.
前記リング状の補強部材は、前記凹面反射鏡の楕円面反射鏡部分と前記球面反射鏡部分の曲面形状、および／または、前記後方楕円面反射鏡部分と前記球面反射鏡部分の曲面形状と近似する曲面形状により形成されることを特徴とする。 The ring-shaped reinforcing member approximates the curved shape of the ellipsoidal reflector portion and the spherical reflector portion of the concave reflector and / or the curved shape of the rear ellipsoidal reflector portion and the spherical reflector portion. It is characterized by being formed by a curved surface shape.
上記構成により、この発明に係る光源装置は、
第一に、凹面反射鏡が、楕円面反射鏡部分と球面反射鏡部分の２つ回転反射鏡部分が当該凹面反射鏡の光放射方向に対して前後する位置関係で構成され、あるいは、凹面反射鏡が、前方楕円反射鏡部分、球面反射鏡部分および後方楕円反射鏡部分が、凹面反射鏡の光放射方向に対して互いに前後する位置関係で構成しているため、全体として小型化しつつ、かつ、高い光取出し効率を達成できる。
第二に、反射鏡の外表面であって、楕円面反射鏡部分と球面反射鏡部分の境界部分、あるいは、前方楕円反射鏡部分と球面反射鏡部分の境界部分または球面反射鏡部分と後方楕円反射鏡部の境界部分には、無機材料よりなるリング状の補強部材が被さっているので、放電ランプの破損に伴う反射鏡の破損および飛散に十分耐えうる構造を提供できる。
With the above configuration, the light source device according to the present invention is
First, the concave reflecting mirror is configured in such a positional relationship that two rotating reflecting mirror portions, an ellipsoidal reflecting mirror portion and a spherical reflecting mirror portion, move back and forth with respect to the light emitting direction of the concave reflecting mirror, or concave reflecting. Since the mirror is configured such that the front ellipsoidal reflector part, the spherical reflector part and the rear ellipsoidal reflector part are in a positional relationship back and forth with respect to the light emission direction of the concave reflector, the overall size is reduced, and High light extraction efficiency can be achieved.
Second, the outer surface of the reflector, the boundary between the ellipsoidal reflector and the spherical reflector, or the boundary between the front ellipsoidal reflector and the spherical reflector, or the spherical reflector and the back ellipse Since the boundary portion of the reflecting mirror portion is covered with a ring-shaped reinforcing member made of an inorganic material, a structure that can sufficiently withstand the breaking and scattering of the reflecting mirror accompanying the breakage of the discharge lamp can be provided.
図１は第一の発明に係る光源装置の全体の外観図を表す。
光源装置は、放電ランプ（以下、単に「ランプ」ともいう）１０と凹面反射鏡（以下、単に「反射鏡」ともいう）２０より構成される。ランプ１０は一対の電極が発光部の中に対向配置している。反射鏡２０は、ランプ１０を取り囲むよう配設され、ランプ１０のアーク方向、すなわち、電極の先端同士をつなぐ方向と、反射鏡２０の光軸Ｚが一致している。ランプ１０は、発光部１１とその両端に封止部１２（１２ａ，１２ｂ）を有するが、一方の封止部１２ａが反射鏡２０の首部２３に取り付けられる。なお、ランプ１０と反射鏡２０は接着剤などを使うが、図示のように両者を直接取付けてもよいし、後述するように、別部材として口金（レフベース）などを用いてもよい。
FIG. 1 is an external view of the entire light source device according to the first invention.
The light source device includes a discharge lamp (hereinafter simply referred to as “lamp”) 10 and a concave reflecting mirror (hereinafter also simply referred to as “reflecting mirror”) 20. In the
反射鏡２０は、全体が凹面形状（略おわん型）であって、前方に光放射用の前方開口Ｍ１を有し、この前方開口Ｍ１から、楕円面反射鏡部分２１、球面反射鏡部分２２、筒状の首部２３の順に全体が構成される。楕円面反射鏡部分２１、球面反射鏡部分２２の２つの反射鏡部分において、ランプ１０の放射光を反射させて、前方開口Ｍ１から反射鏡外部に放射する。楕円面反射鏡部分２１は、前端縁に、前方開口Ｍ１が形成された回転楕円面反射鏡よりなり、この楕円面反射鏡部分２１の後方に連続した状態で、球面鏡よりなる球面反射鏡部分２２が設けられている。
The reflecting
さらに、球面反射鏡部分２２の後端縁に後方開口Ｍ２が形成されて、この後方開口Ｍ２を一方の開口とした首部２３が連続して形成される。ランプ１０の封止部１２ａは、後方開口Ｍ２から入って、開口Ｍ３から突出するよう配置されるため、首部２３の内径は封止部１２ａの外径よりも僅かに大きく全体が略円筒形状になっている。
Further, a rear opening M2 is formed at the rear edge of the
楕円面反射鏡部分２１の第一焦点の位置と、球面反射鏡部分２２の中心点の位置は、いずれも、ランプ１０の電極間であって、アークが形成される位置に一致している。好ましくは、アークの最も明るい位置（輝点）に一致することであるが、電極間であれば、必ずしも輝点に限定されるわけではない。例えば、便宜的に電極間の中心に設定してもよい。
楕円面反射鏡部分２１と球面反射鏡部分２２の機能について図９で説明したとおりである。
The position of the first focal point of the ellipsoidal reflecting
The functions of the
反射鏡２０を構成する材料は、耐熱性、耐強度性に優れた部材が好ましい。耐熱性が要求される理由は、ランプ点灯時、反射鏡は４００℃程度の高温になるからである。また、耐強度性が要求される理由は、プロジェクター装置の内部に、他の電気部品や光学部品と密集させて配置する場合に形状変化しないことや、ランプが万一破損した場合に同様に破損させないためである。具体的には、硼珪酸ガラスが最も適している。本発明の反射鏡は、楕円面反射鏡部分２１と球面反射鏡部分２２を同一部材から一体的に形成するが、この場合に、形状加工が容易に行えるからである。
The material constituting the reflecting
反射鏡２０の反射面は、上記耐熱性、耐強度性に優れた基材に、可視光領域の光を反射させるための反射膜が施される。反射膜は、アルミニウムやロジウムなどの金属蒸着膜、あるいは酸化シリコン(ＳｉＯ２)と酸化チタン(ＴｉＯ２)を適宜積層してなる多層膜を蒸着することによって形成される。なお、反射膜は、全体として、厚さ２μｍ程度の薄膜であるため、図では示していない。
The reflecting surface of the reflecting
反射鏡２０の外表面であって、楕円面反射鏡部分２１と球面反射鏡部分２２の境界（つなぎ目）に相当する位置には、無機材料から構成されるリング状補強部材３０が存在する。境界位置は反射鏡２０の強度が小さいからであり、放電ランプ１０が万一破損した場合に、封止部１２が電極、金属箔、外部リード、給電線などがつながった状態（マウント体）で、給電線の一端（反射鏡に固定される側の一端）を支点として振り回されるように動き、電極や封止部が、楕円面反射鏡部分２１と球面反射鏡部分２２の境界部分に衝突（直撃）するからである。
また、反射鏡２０は、球面反射鏡部分２２を有するため、単一の楕円反射鏡に比較して、アーク輝点と反射鏡内表面の距離が大きくなり、このため、上記マウント体が振り回された場合に、加速されやすいことも、本発明の構造、すなわち、楕円面反射鏡部分２１と球面反射鏡部分２２を有する凹面反射鏡特有の事情といえる。
A ring-shaped reinforcing
Further, since the reflecting
図２はリング状補強部材３０の外観構成を示す。
補強部材３０はセラミックス材料などの無機材料から構成され、楕円面反射鏡部分２１と球面反射鏡部分２２の境界（つなぎ目）に適合しやすいように、側面が傾斜するリング形状になっている。補強部材３０の大きい開口縁３１は楕円面反射鏡部分２１の外表面に接触し、小さい開口縁３２は球面反射鏡部分２２の外表面と接触する。
FIG. 2 shows an external configuration of the ring-shaped reinforcing
The reinforcing
ここで、補強部材は無機材料であり、例えば、セラミックス材料、金属材料、カーボン材料などが採用できるが、なかでもセラミックス材料は最も有用である。セラミックス材料の熱膨張係数が反射鏡を構成する材料（硼珪酸ガラス）の熱膨張係数に近いからであり、ランプ点灯中における応力の影響が小さいからである。数値例をあげると、硼珪酸ガラスの熱膨張係数は３０×１０−７〜５０×１０−７ｃｍ／℃であり、補強部材の熱膨張係数は±５０×１０−７の範囲であれば応力の問題を解消できる。この点で従来技術において紹介した樹脂性の飛散防止膜は、熱膨張係数が反射鏡を構成する材料と２桁以上異なり、ランプ点灯中において応力を生じさせるという問題がある。
リング状補強部材３０について、数値例をあげると、反射鏡２０の前方楕円面反射鏡部分と中央球面反射鏡部分の境界の外径が約φ３６ｍｍの場合に、当該境界に位置する大きい開口３１は内径が約φ５０ｍｍであり、中央球面反射鏡部分と後方楕円面反射鏡部分の境界の外径が約φ３２ｍｍの場合に、当該境界に位置する小さい開口３２は内径が約φ４０ｍｍであり、肉厚は約２ｍｍ、高さ方向の長さ（傾斜部分）は約１０ｍｍである。また、リングとは完全に円形を意味するわけではなく、反射鏡の外表面に概ね適合する形であれば足りる。
Here, the reinforcing member is an inorganic material, and for example, a ceramic material, a metal material, a carbon material, or the like can be adopted. Among these, the ceramic material is most useful. This is because the thermal expansion coefficient of the ceramic material is close to the thermal expansion coefficient of the material constituting the reflecting mirror (borosilicate glass), and the influence of stress during lamp operation is small. As numerical examples, the thermal expansion coefficient of borosilicate glass is 30 × 10 −7 to 50 × 10 −7 cm / ° C., and the thermal expansion coefficient of the reinforcing member is stress within the range of ± 50 × 10 −7. Can solve the problem. In this respect, the resinous anti-scattering film introduced in the prior art has a problem that the thermal expansion coefficient differs from that of the material constituting the reflecting mirror by two digits or more, and stress is generated during lamp lighting.
As for numerical examples of the ring-shaped reinforcing
また、セラミックス材料は、加工が容易であり、また、樹脂材料に比べて耐熱性が高い点でも有利である。さらには、楕円面反射鏡部分２１と球面反射鏡部分２２の境界部分は外表面において複雑な形状をしているため、シート状あるいはテープ状の部材を貼り付けることは容易ではない。以上のような理由から、本発明のような楕円面反射鏡部分と球面反射鏡部分をつなぎ合わせた構造を有する反射鏡にあっては、無機材料からなる補強部材を使う必要がある。
なお、補強部材３０を反射鏡外表面の全域に設けることも考えられるが、重量的に重くなることと、補強部材３０の光に対する悪影響から最低限に設けることが好ましい。具体的には、補強部材３０が白色系の場合は、反射鏡を透過した不要光を再び反射鏡内部に反射させることになり、ランプや反射鏡内部の高温化を導いてしまう。補強部材３０が黒色系の場合は補強部材３０が吸熱効果を有し、補強部材そのものが高温化しかねない。従って、補強部材３０は反射鏡が破損し易い位置に限定的に配置することが望ましい。
Ceramic materials are also advantageous in that they are easy to process and have higher heat resistance than resin materials. Furthermore, since the boundary portion between the
Although it is conceivable to provide the reinforcing
ここで、放電ランプについて説明する。図３は本発明に係るショートアーク型水銀ランプを示す。
放電ランプ１０は、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の中には一対の電極Ｅ（Ｅ１、Ｅ２）が３ｍｍ以下の間隔で対向配置している。また、発光部１１の両端部には封止部１２が形成される。この封止部１２には、モリブデンよりなる導電用金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設される。金属箔１３の一端には電極Ｅの軸部が接合しており、また、金属箔１３の他端には外部リード１４が接合し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、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍの放射光を得るためのもので、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時１５０気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。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２５０気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現できる。
Here, the discharge lamp will be described. FIG. 3 shows a short arc type mercury lamp according to the present invention.
The
The
希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ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、１０−６μｍｏｌ／ｍｍ３〜１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３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、本発明の放電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。
放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の最大外径10ｍｍ、電極間距離3.0ｍｍ、発光管内容積70ｍｍ３、定格電圧100Ｖ、定格電力20Ｗであり交流点灯される。
また、この種の放電ランプは、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。ランプの管壁負荷値は０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ２、具体的には１．５Ｗ／ｍｍ２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、演色性の良い放射光を提供できる。
As the rare gas, for example, argon gas is sealed at about 13 kPa. Its function is to improve the lighting startability. As for halogen, iodine, bromine, chlorine and the like are enclosed in the form of mercury or other metals and compounds. The amount of halogen encapsulated is selected from the range of 10 −6 μmol / mm 3 to 10 −2 μmol / mm 3 . The function of the halogen is to extend the life using a so-called halogen cycle. However, an extremely small and extremely high lighting vapor pressure such as the discharge lamp of the present invention also has an effect of preventing devitrification of the discharge vessel.
For example, the discharge lamp has a maximum outer diameter of 10 mm, a distance between electrodes of 3.0 mm, an arc tube inner volume of 70 mm 3 , a rated voltage of 100 V, and a rated power of 20 W, and is turned on alternately.
In addition, this type of discharge lamp is built in a projector apparatus that is miniaturized, and requires a large amount of light emission while requiring an extremely small overall size. For this reason, the thermal influence in the light emitting part is extremely severe. The lamp wall load value of the lamp is 0.8 to 2.0 W / mm 2 , specifically 1.5 W / mm 2 .
When such a high mercury vapor pressure or tube wall load value is mounted on a presentation device such as a projector device or an overhead projector, emitted light with good color rendering can be provided.
図４は第二の発明に係る光源装置の全体の外観図を表す。なお、図１と同一番号は同一部材を表し、共通する説明を省略する。
反射鏡２０は、全体が凹面形状（略おわん型）であって、前方に光放射用の前方開口Ｍ１を有し、この前方開口Ｍ１から、前方楕円面反射鏡部分２１ａ、球面反射鏡部分２２、後方楕円面反射鏡部分２１ｂ、筒状の首部２３の順に全体が構成される。前方楕円面反射鏡部分２１ａ、球面反射鏡部分２２、後方楕円面反射鏡部分２１ｂの３つの反射鏡部分において、ランプ１０の放射光を反射させて前方開口Ｍ１から反射鏡外部に放射する。
FIG. 4 shows an overall external view of the light source device according to the second invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 represent the same members, and common descriptions are omitted.
The reflecting
具体的には、前方楕円面反射鏡部分２１ａは、前端縁に、前方開口Ｍ１が形成された回転楕円面反射鏡よりなり、この前方楕円面反射鏡部分２１ａの後方に連続した状態で、球面鏡よりなる球面反射鏡部分２２が設けられており、この球面反射鏡部分２２の後方に連続した状態で、回転楕円面反射鏡２１よりなる後方楕円面反射鏡部分２１ｂが設けられる。
Specifically, the front ellipsoidal reflecting
さらに、後方楕円面反射鏡部分２１ｂの後端縁に後方開口Ｍ２が形成されて、この後方開口Ｍ２を一方の開口とした首部２３が連続して形成される。ランプ１０の封止部１２ａは、後方開口Ｍ２から入って、開口Ｍ３から突出するよう配置されるため、首部２３の内径は封止部１２ａの外径よりも僅かに大きく全体が略円筒形状になっている。
Further, a rear opening M2 is formed at the rear edge of the rear ellipsoidal reflecting
前方楕円面反射鏡部分２１ａ、球面反射鏡部分２２、および、後方楕円面反射鏡部分２１ｂは、連続して形成されているため、前方楕円面反射鏡部分２１ａの後端縁の開口径と球面反射鏡部分２２の前端縁の開口径は同一であり、球面反射鏡部分２２の後端縁の開口径と後方楕円面反射鏡部分２１ｂの前端縁の開口径は同一となる。
きる。
Since the front
wear.
図５は、図４に示す光源装置について、光の放射について説明するための構造を示す。説明の便宜上、ランプおよび反射鏡の構成要素を部分的に削除している。
前方楕円反射鏡部分２１ａと後方楕円反射鏡部分２１ｂの第一焦点Ｆ１２１と、中央球面反射鏡部分２２の中心点Ｆ１２２は、いずれも、ランプ１０の電極間の中心位置Ａ１に一致して形成される。また、前方楕円面反射鏡部分２１ａ、および、後方楕円面反射鏡部分２１ｂの第二焦点は、例えば、ロッドレンズ４０の入射面４１の中心点Ａ２に位置する。
FIG. 5 shows a structure for explaining light emission in the light source device shown in FIG. For convenience of explanation, the components of the lamp and the reflector are partially removed.
The first focal point F121 of the front
このように、ランプの放射光は、反射鏡２０で反射して、ロッドレンズ４０に入射する。このうち、光Ｌ２１は、前方楕円面反射鏡部分２１ａで反射した光であり、中心点Ａ２に向かって集光する。なお、反射鏡２０は、前記したように回転面体であるため、図においては、便宜上、光軸Ｚより上方の一の光のみを例示しているが、実際は、光軸Ｚを中心に全方向に光が存在する。
Thus, the emitted light of the lamp is reflected by the reflecting
ランプからの放射光のうち、光Ｌ２２は、中央球面反射鏡部分２２に向かって放射する光であり、中央球面反射鏡部分２２で反射した後は、同じ光路を通って、再び、中心位置Ａ１（Ｆ１２２）に戻る。そして、中心位置Ａ１を通過した後は、前方楕円面反射鏡部分２１ａで反射して、光Ｌ２１と同じ進路を進む。つまり、中央球面反射鏡部分２２は、位置Ａ１を中心点とする球面であるため、反射光を全て位置点Ａ１に戻す役割を担う。このように、前方楕円面反射鏡部分２１の後方に中央球面反射鏡部分２２を設けることの利点は、放射光の有効利用であり、この説明は図１、および図９に示した構造と同じである。
Of the radiated light from the lamp, the light L22 is radiated toward the central
ランプからの放射光のうち、光Ｌ２３は、後方楕円面反射鏡部分２１ｂで反射した光であり、中心点Ａ２に向かって集光する。なお、図においては、前方楕円面反射鏡部分２１の反射光を光軸Ｚより上方に記載し、後方楕円面反射鏡部分２３の反射光を光軸Ｚより下方に記載しているが、これは図面上において光線の軌跡が複雑になるため、説明の便宜上、分けて記載しただけであり、何れの反射光も光軸Ｚを中心に全周囲方向に存在する。
Of the radiated light from the lamp, the light L23 is light reflected by the rear ellipsoidal reflecting
ここで、後方楕円面反射鏡部分２１ｂを設けることの利点は、光の利用効率をより高めるためである。仮に、後方楕円面反射鏡部分２１ｂを設けることなく、球面反射鏡部分が首部まで形成された場合（図１や図９）を考えると、アークからの放射光のうち、首部近傍（図５における位置２３１）に向かって放射された光（光軸Ｚとの角度が小さい光）が、球面反射鏡部分２２で反射されたとしても、その反射光は、ランプのガラス管による屈折の影響を受けて、アークに戻ることなく、電極などに衝突し、遮光されるからである。つまり、球面反射鏡部分２２を使ったとして、首部２３の近傍で反射された光は、前方楕円反射鏡部分２１ａまで良好に導くことができず、このため、球面反射鏡部分２２の後方に、さらに、後方楕円面反射鏡部分２１ｂを設けて、当該後方楕円面反射鏡部分２１ｂに入射した光を、アークの方向ではなく、直接、中心点Ａ２に向かって反射させている。
Here, the advantage of providing the rear ellipsoidal reflecting
このように、本願発明は、凹面反射鏡を前方楕円面反射鏡部分２１ａ、中央球面反射鏡部分２２および後方楕円面反射鏡部分２１ｂから構成させる点を第一の特徴とする。この構成により、凹面反射鏡が寸法的に小さくなったとしても、ランプの構成部材や構成部品で遮られることなく、放射光を良好に取り出すことが可能となる。
Thus, the present invention is characterized in that the concave reflecting mirror is constituted by the front ellipsoidal reflecting
図４に戻って、前方楕円面反射鏡部分２１ａと中央球面反射鏡部分２２の境界に相当する位置にはリング状補強部材３０が配置している。また、この実施例では、補強部材３０は接着剤３１を介在させている。接着剤には例えばスミセラムが使われるが、補強部材３０の位置決めという機能以外に反射鏡２０に空隙をなくすという利点がある。位置決め機能は、リング状補強部材３０の内径は反射鏡２０の外径よりも少し大きめに作られているからである。これは、リング状補強部材３０の内径寸法が反射鏡２０の外径寸法に近似していると、補強部材３０を反射鏡２０に嵌めた時に補給部材３０が割れる可能性があるからである。また、空隙をなくすように接着剤を充填させることで、反射鏡が破損しても粉々に飛散することをより確実に防止できる。
Returning to FIG. 4, a ring-shaped reinforcing
なお、図４では、補強部材３０は前方楕円面反射鏡部分２１ａと中央球面反射鏡部分２２の境界に相当する位置に配置していたが、中央球面反射鏡部分２２と後方楕円面反射鏡部分２１ｂの境界に相当する位置に配置させてもよいし、両方の境界を跨るように大きめのリング状補強部材を配置してもよい。また、図４は前方楕円面反射鏡部分２１ａの一部に給電線１５のためのハトメ穴５０（給電線を取り付ける突起）が形成される。このハトメ穴５０は補強部材３０の位置決め部材として活用することができる。
なお、接着剤３１を設けることや、ハトメ穴５０を補強部材３０の位置決めに活用することは、図１に示す構造においても当然に採用できる。
In FIG. 4, the reinforcing
It should be noted that the provision of the adhesive 31 and the utilization of the eyelet holes 50 for positioning the reinforcing
図６は図４に示す光源装置の変形例を示す。図４と同一番号は同一部分を示し、説明は省略する。
リング状補強部材３０ａは、前方楕円面反射鏡部分２１ａおよび中央球面反射鏡部分２２の外表面形状にそれぞれ適合するように同一の曲面形状をもって構成している。従って、補強部材３０ａは、前方楕円面反射鏡部分２１ａの外表面形状に適合する曲面形状と、中央球面反射鏡部分２２の外表面形状に適合する曲面形状の２つの曲面形状からなる構成である。このような形状は補強の機能をより高めることができる。
FIG. 6 shows a modification of the light source device shown in FIG. The same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same parts, and a description thereof is omitted.
The ring-shaped reinforcing
図７は、図４に示される光源装置と同じ構造について、よりリアルに表現した状態を示す。すなわち、図４は、発明を説明するための模式的な図面であるのに対し、図７は現物に近い図面を表している。図４と同一番号は同一部材を表す。なお、本図面においてランプ１０は省略している。
反射鏡２０の首部にはセラミックベース６０を接着剤を使って装着されている。
FIG. 7 shows a more realistic representation of the same structure as that of the light source device shown in FIG. That is, FIG. 4 is a schematic drawing for explaining the invention, while FIG. 7 shows a drawing close to the actual product. The same number as FIG. 4 represents the same member. In this drawing, the
A
図１や図４に示す光学装置は、前面開口Ｍ１が開放する実施態様を示したが、本発明では前面開口Ｍ１に光透過性ガラスを装着してもよい。前面ガラスは、例えば、硼珪酸ガラスからなり、反射鏡の開口縁に直接接合させてもよいし、あるいは、前面ガラスを枠部材に取り付けて、枠部材と反射鏡を接合してもよい。前面ガラスを設けることで反射鏡の内部を密閉構造にできる。この場合、放電ランプ１０が破損した場合などにおいて、破片の散乱をより確実に防止できる。
The optical device shown in FIGS. 1 and 4 shows an embodiment in which the front opening M1 is opened. However, in the present invention, light transmitting glass may be attached to the front opening M1. The front glass is made of, for example, borosilicate glass, and may be directly bonded to the opening edge of the reflecting mirror, or the front glass may be attached to the frame member to bond the frame member and the reflecting mirror. By providing the front glass, the inside of the reflector can be sealed. In this case, when the
図８は、図７に示した光源装置の構成部材を分解して表したものである。セラミックスベース６０に内面に接着剤６１を適量塗布し、補強部材３０の内面にも接着剤３１を適量塗布する。接着剤は例えばスミセラムやボンドＸが使われる。次に、反射鏡２０の所定位置に、補強部材３０およびセラミックベース６０を嵌め合わせる。次に、補強部材３０やセラミックベース６０の位置が変わらないように固定しながら、約２００℃で１５分間加熱する。これにより、反射鏡２０に対する補強部材３０、セラミックベース６０の位置が決まる。次に、これらを加熱炉の中に入れて、例えば２５０℃で３０分加熱する。この加熱により接着剤が完全に硬化する。
FIG. 8 is an exploded view of the constituent members of the light source device shown in FIG. An appropriate amount of adhesive 61 is applied to the inner surface of the
次に、本発明の効果を示す実験について説明する。
実験は、３種類のサンプルについて反射鏡の破損状況を調査した。サンプル１は反射鏡に補強部材を取り付けないもの、サンプル２は図７に示す反射鏡（たたし、ランプ付き）、すなわち、反射鏡の前方楕円面反射鏡部分と中央球面反射鏡部分の境界に接着剤を介在させて、その上に補強部材を取り付けたもの、サンプル３は反射鏡の外表面に接着剤を介在させて補強部材を取り付けるが、取り付け位置は、境界位置ではなく、前方楕円面反射鏡部分の極めて前方開口に近い位置に取り付けたものを用意した。
３つのサンプルは、上記以外の条件を同一として、各サンプルはそれぞれ１０個を用意し、それぞれにおいてランプを安定点灯させた後に故意に過電流を供給して、ランプを故意に破裂させた。このときの反射鏡の破損状況を調査した。
Next, an experiment showing the effect of the present invention will be described.
In the experiment, the state of breakage of the reflector was investigated for three types of samples. Sample 1 has no reinforcing member attached to the reflector, and sample 2 has the reflector shown in FIG. 7 (with a lamp), that is, the boundary between the front ellipsoidal reflector portion and the central spherical reflector portion of the reflector. In the sample 3, the reinforcing member is attached on the outer surface of the reflecting mirror, but the attaching position is not the boundary position but the front ellipse. A surface reflector portion attached to a position very close to the front opening was prepared.
Three samples were prepared under the same conditions except for the above, and 10 samples were prepared for each sample. After each lamp was stably lit, an overcurrent was intentionally supplied to intentionally rupture the lamp. The state of breakage of the reflecting mirror at this time was investigated.
結果は、サンプル１は１０個中４個破損したのに対し、サンプル２は１０個全てが破損せず、また、サンプル３は１０個中２個が破損した。破損したサンプルは、いずれも反射鏡の境界位置にヘルツコーンが見られ、また、反射鏡自体が粉々になっていた。一方、破損しなかったサンプルは、反射鏡内面に多少に亀裂を生じさせた程度であり、ヘルツコーンは確認されず、また、反射鏡も原型がほぼ維持されていた。
以上の実験結果から、補強部材を設けない場合は、ランプの破裂ともに４０％の確率で反射鏡が破損したのに対し、本願発明は補強部材を前方楕円面反射鏡部分と中央球面反射鏡部分の境界位置に設けることで、ランプが破裂したとしても反射鏡の破損を０％に抑えることができた。また、補強部材を境界位置以外に設けた場合は、２０％の確率で反射鏡が破損したことから、補強部材を取り付ける位置が極めて重要であることも立証された。
As a result, 4 out of 10 samples 1 were damaged, while all 2
From the above experimental results, when the reinforcing member is not provided, the reflector is broken with a probability of 40% when the lamp is ruptured. On the other hand, in the present invention, the reinforcing member is divided into the front elliptical reflector portion and the central spherical reflector portion. By providing it at the boundary position, it was possible to suppress the breakage of the reflecting mirror to 0% even when the lamp burst. Further, when the reinforcing member is provided at a position other than the boundary position, the reflecting mirror was damaged with a probability of 20%, and it was proved that the position where the reinforcing member is attached is extremely important.
以上、説明したように、本発明の光源装置は、凹面反射鏡が少なくとも楕円面反射鏡部分と球面反射鏡部分という２つの曲面形状を組み合わせた構成であるため、全体として小型化しつつ、かつ、高い光取出し効率を達成できる。
また、反射鏡の外表面であって、２つの曲面形状を組み合わせ境界に相当する位置に無機材料よりなるリング状の補強部材を被せているので、放電ランプが万一破損しても反射鏡の破損および飛散を抑えて、反射鏡を構成する材料が飛び散らないようにすることができる。
As described above, the light source device of the present invention has a configuration in which the concave reflecting mirror is a combination of at least two curved surface shapes of an ellipsoidal reflecting mirror portion and a spherical reflecting mirror portion. High light extraction efficiency can be achieved.
In addition, since the outer surface of the reflecting mirror is covered with a ring-shaped reinforcing member made of an inorganic material at the position corresponding to the boundary between the two curved surfaces, even if the discharge lamp is damaged, It is possible to prevent breakage and scattering and prevent the material constituting the reflecting mirror from scattering.
１０ 放電ランプ
１１ 発光部
１２ 封止部
１３ 金属箔
１４ 外部リード
２０ 反射鏡
２１ 楕円面反射鏡部分
２２ 球面反射鏡部分
３０ リング状補強部材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記凹面反射鏡は、楕円面反射鏡部分と球面反射鏡部分が、当該凹面反射鏡の光放射方向に対して前後する位置関係で構成され、
当該凹面反射鏡の外表面であって、前記楕円面反射鏡部分と前記球面反射鏡部分の境界に相当する位置に、無機材料よりなるリング状の補強部材が被さっていることを特徴とする光源装置。 In a light source device comprising a short arc type mercury lamp including a pair of electrodes facing each other and containing at least 0.15 mg / mm 3 or more of mercury, and a concave reflecting mirror surrounding the short arc type mercury lamp,
The concave reflecting mirror is constituted by a positional relationship in which the ellipsoidal reflecting mirror part and the spherical reflecting mirror part are back and forth with respect to the light emission direction of the concave reflecting mirror,
A light source characterized in that a ring-shaped reinforcing member made of an inorganic material covers an outer surface of the concave reflecting mirror at a position corresponding to a boundary between the ellipsoidal reflecting mirror portion and the spherical reflecting mirror portion. apparatus.
前記凹面反射鏡は、前方楕円反射鏡部分、球面反射鏡部分および後方楕円反射鏡部分が、凹面反射鏡の光放射方向に対して互いに前後する位置関係で構成され、
当該凹面反射鏡の外表面であって、前記楕円面反射鏡部分と前記球面反射鏡部分の境界、および／または、前記球面反射鏡部分と前記後方楕円面反射鏡部分の境界に相当する位置に、無機材料よりなるリング状の補強部材が被さっていることを特徴とする光源装置。 In a light source device comprising a short arc type mercury lamp including a pair of electrodes facing each other and containing at least 0.15 mg / mm 3 or more of mercury, and a concave reflecting mirror surrounding the short arc type mercury lamp,
The concave reflecting mirror is constituted by a positional relationship in which the front elliptical reflecting mirror part, the spherical reflecting mirror part and the rear elliptical reflecting mirror part are front and rear with respect to the light emission direction of the concave reflecting mirror,
The outer surface of the concave reflecting mirror at a position corresponding to the boundary between the ellipsoidal reflecting mirror part and the spherical reflecting mirror part and / or the boundary between the spherical reflecting mirror part and the rear ellipsoidal reflecting mirror part. A light source device comprising a ring-shaped reinforcing member made of an inorganic material.
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