(57)【要約】【課題】  キセノンショートアークランプとミラーとを備えた光源装置において、磁力供給部材を備えつつ、ミラーに対して陰極先端の位置合わせを確実に行うことが可能な光源装置を提供すること。【解決手段】  陰極および陽極が対向配置され、発光管の管軸が水平に支持されてなるショートアークランプと、このショートアークランプを取り囲む反射ミラーと、ショートアークランプの発光管に磁束を供給する磁束供給手段とを備える光源装置であり、前記反射ミラーは、焦点を通過する仮想垂直線上に設けられた第一の開口と、当該反射ミラーの焦点を通過し、凹面反射ミラーの光軸に対し直交する水平線上に設けられた第二の開口を備える。全期磁束供給手段は、前記第二の開口と前記反射ミラーの焦点とを通過する直線上であって前記反射ミラーの外部に磁極を備え、前記磁極は、前記第二の開口に対応する位置に透過部が形成されていることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管の内部に陰極および陽極が対向配置されてなり、発光管の管軸が水平に支持されてなるショートアークランプと、
このショートアークランプを取り囲む反射ミラーと、
ショートアークランプの発光管に磁束を供給する磁束供給手段とを備えてなる光源装置であり、
前記反射ミラーは、焦点を通過する仮想垂直線上に設けられた第一の開口と、当該反射ミラーの焦点を通過し、凹面反射ミラーの光軸に対し直交する水平線上に設けられた第二の開口を備え、
前記磁束供給手段は、前記第二の開口と前記反射ミラーの焦点とを通過する直線上であって前記反射ミラーの外部に磁極を備え、前記磁極は、前記第二の開口に対応する位置に透過部が形成されている
ことを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショートアーク型キセノンランプと反射ミラーとを有する光源装置に関し、特に発光管の管軸を水平姿勢としてランプが保持される光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
映画館で映像を投影する映写機などのプロジェクタにおいては、可視光領域に連続波長を放射するキセノンショートアークランプが好適に使用されている。そして、映写機に実装される光源装置としては、キセノンショートアークランプと当該ランプを覆うように配置されたミラーとが組み合わされて構成される。
映写機においては、映画館における設置スペースの関係から、搭載される光源装置においてもサイズ的な制約を受けることになり、ランプの配置状態、ミラー、更にはそれらを取り囲む筐体においても、隙間を極限までなくして省スペース化を図った配置状態が取られている。
そのような結果、現在、ミラーは画像表示装置に向けて光を投射するよう、光を集光する方向がほぼ水平方向に一致するよう配置され、このためキセノンショートアークランプもまた発光管の管軸がほぼ水平状態となる姿勢で配置されている。
【０００３】
図６、図７を参照して従来技術にかかる光源装置の一例を開示する。図６は、反射ミラーの光軸にそった面で切断して示す光源装置を側面から見た説明図であり、図７は、図６中の線分Ｍで切断したＡ−Ａ矢視断面図である。
キセノンショートアークランプ６０は、発光管６１の管軸Ｌがほぼ水平となるよう支持されており、反射ミラー７０及びその開口前方７０Ａに配置された補助反射ミラー７１によってランプ６０の発光部６１Ａの全体を取り囲むように配置されている。補助反射ミラー７１は、反射ミラー７０では捕捉できない前方に出射する光を反射して、ランプ６０のアーク位置の戻すものである。
ランプ６０から放射された光は、直接反射ミラー７０に入るか、補助反射ミラー７０Ａで反射された後に反射ミラー７０で反射され、最終的に出射口７１Ａより出射される。
【０００４】
反射ミラー７０の焦点位置Ｆは、ランプ６０の陰極６３の先端の位置に一致していることが、ミラー７０，７１による集光効率を高めるためにも望ましい状態である。アークのもっとも絞られた位置である陰極先端の輝点部分の光を、反射ミラー７０の焦点Ｆに一致させることで、集光効率を最も高い状態で光を投射できるからである。
【０００５】
ところで、このようなランプとミラーを取り囲む筐体は、矩形箱状であり、その大きさはミラーの最大径部に適合するようほぼ隙間のなく内寸が設定されている。このため、ランプを交換する作業では、作業者は筐体内の狭い空間で作業することが強いられ、発光管内部の陰極先端の位置を確認することが難しい。
具体的には、ランプの交換作業は、通常、筐体の一部の壁面を取り外したのち、使用後のランプを取り外して新しいランプを装着し、ランプの給電部の接続などの作業を行った後、ミラーとランプの位置合わせを行い、再び筐体の壁面部分を取り付ける、といった手順で行われる。
かかる作業工程において、とりわけミラーの焦点位置に合わせる作業は、煩雑で難しいという問題があり、このような作業性を改善する目的で、ミラーには予め陰極先端を確認するための小さな開口が設けられ、ミラーの外部からランプの位置、つまりは陰極先端位置を確認できるようになっている。
【０００６】
陰極先端位置を検出するための開口について、再び、図６，７を参照して説明する。
図６，７に示されるように、第一の開口７２はミラー７０の上部側に、第二の開口７３は横側に、合計２箇所形成されており、ミラー７０の光軸（実質的に管軸Ｌに一致する）に対して垂直かつ、反射ミラー７０の焦点位置を通過する面上にある。この面は、図６においては、焦点位置Ｆを通過する仮想線分Ｍで切断した断面となる。
【０００７】
図７において、ミラー７０の開口７２，７３から、目視又はＣＣＤカメラ等でそれぞれの対向位置にある目標位置を検出しながら、陰極６３先端が所定の位置になるようランプ６０が位置調整される。
焦点Ｆの位置と各開口７２，７３を結ぶ線は、９０°の角度で交差する構成になっていて、ランプ支持部６５には、光軸（実質的に管軸Ｌに一致する）と開口７２，７３を結ぶ線分に対して平行方向にランプ６０を移動可能なＸ方向、Ｙ方向、更に、Ｘ方向及びＹ方向と直交するＺ方向におけるランプ移動機構を備えている。
これにより、陰極先端のＸ，Ｙ，Ｚ位置を一義的に決めることができる。このような技術は、例えば特許文献１、２などに開示されている。
【０００８】
ところで、この種のキセノンショートアークランプにおいては、点灯時間が経過してある程度の時間（例えば１０００時間程度）を超えて使用すると、ランプを始動しようとした際、ランプが立ち消えを起こすことがある（特許文献３参照）。
この現象は、グロー放電からアーク放電に切り替わったとき、電圧が高い状態において、アークが上向きの対流に押されてアーチ型に変形することに起因して生じる。アークが直線状からアーチ型に偏倚すると、アーク長が長くなってランプ電圧が上昇し、電源の供給電圧を超えてしまうため放電を維持できなくなる。
このような問題に鑑み、特許文献３に記載の技術においては、始動時のアークの形状に着目して、アークが対流の影響を受けにくくなるようランプの周囲に磁界を発生させ、始動時、磁力によりアークを押し下げる、すなわち、通常のアークの形態となるよう規制して電圧の上昇を抑え、低い電圧で駆動しても立ち消えが生じないような対策をとっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実公平３−１４６４９号公報
【特許文献２】特許第２５６９６４８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８７２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図８を参照して、このような技術について説明する。
図８は、光源装置におけるランプ（ミラーの影になるところは輪郭のみを破線で示す）とミラーの位置関係を、光源装置を上から下方向に見た説明用図面である。
図８に示されるように、磁界を供給するため手段として、磁極８０，８１が、反射ミラーの外部における電極の離間部分の両サイドに配置される。磁界の方向はアークに対して直交する方向であり、この場合、アークに対して下方向の応力が付与される。
【００１１】
しかしながら、ミラー７０に陰極先端位置検出用の開口７３を設けようとすると、磁極８０，８１の位置が開口７３の位置と一致してしまって、陰極先端の位置を検出することができなくなってしまう。無論、磁極８１を着脱移動可能として、ランプを交換する際、陰極先端位置を検出する場合に退避させる構造とすれば問題ないが、上述したように光源装置においては極限まで隙間ない配置状態になるよう設計されており、着脱機構を併せ持つことができない。
【００１２】
そこで本発明が解決しようとする課題は、キセノンショートアークランプとミラーとを備えた光源装置において、発光管の内部に磁界を発生させるための磁力供給部材を備えつつ、ミラーに対して陰極先端の位置合わせを確実に行うことが可能な光源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明にかかる光源装置は、発光管の内部に陰極および陽極が対向配置されてなり、発光管の管軸が水平に支持されてなるショートアークランプと、このショートアークランプを取り囲む反射ミラーと、ショートアークランプの発光管に磁束を供給する磁束供給手段とを備えてなる光源装置であり、前記反射ミラーは、焦点を通過する仮想垂直線上に設けられた第一の開口と、当該反射ミラーの焦点を通過し、凹面反射ミラーの光軸に対し直交する水平線上に設けられた第二の開口を備え、前記磁束供給手段は、前記第二の開口と前記反射ミラーの焦点とを通過する直線上であって前記反射ミラーの外部に磁極を備え、前記磁極は、前記第二の開口に対応する位置に透過部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、磁束供給手段によって反射ミラーの開口が塞がれていても、透過部を介して反射ミラーの開口から発光管の内部を臨むことが可能であり、陰極先端の位置を検出し、ランプの位置調整を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる光源装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】本発明にかかる光源装置の全体構成を示す図であり、上から見た説明図である。
【図３】本発明にかかる光源装置の磁束供給手段の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明にかかる光源装置の反射ミラーと磁束供給手段の位置関係を説明する図である。
【図５】本発明にかかる光源装置の説明図であり、ミラーの焦点を通り発光管の管軸に垂直な面で切断したランプの断面を、電流が流れる方向（陽極側から陰極側）に見た説明用断面図である。
【図６】従来技術にかかる光源装置の一例を説明する図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線分で切断した矢視断面図である。
【図８】本発明の課題を説明するための図であり、光源装置を上から下方向に見た説明用図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に本発明にかかる光源装置の全体構成を示す。
本発明の光源装置は、光源を構成するショートアークランプ１０（以下、単に「ランプ」とも称す。）と、ランプ１０から放射された光を集光する反射ミラー２０と、反射ミラー２０の外側に配置され、アークに向かって磁束を供給する磁束供給手段３０とを具備して構成されている。これらの構成（ランプ１０、反射ミラー２０、磁束供給手段３０）のいずれもが、筐体の内部に配置される。なお、図１において筐体は、底面２５のみを示して他の壁面については図示を省略している。
【００１７】
ショートアークランプ１０は、発光管１１の内部にキセノンガスが封入され、陽極１２と陰極１３が発光管１１の管軸方向に沿って対向配置された直流点灯方式の放電ランプである。同図に示すように、ランプ１０は管軸がほぼ水平となるような姿勢で支持部材２４Ａ、２４Ｂによって支持される。
発光管の陰極側の端部を支持する支持部材２４Ｂは、ここでは図示を省略するが、位置調節機構を具備しており、ランプ１０の発光管１１を、前後方向（Ｘ方向）、上下方向（Ｙ方向）及び左右方向（Ｚ方向）に移動可能である。
また、図２に示すように、電源装置４０に接続されたリード線４１Ａ，４１Ｂから給電部４２Ａ，４２Ｂ及び口金１５Ａ，１５Ｂを介して、ランプ１０に電力が供給される。
【００１８】
反射ミラー２０は、光出射方向に向かうに従って内径が広がる凹面状のミラーであり、例えば回転楕円面よりなる反射面を有している。
反射ミラー２０に対向するよう配置された補助反射ミラー２１は、内部に球面状の曲面をもつ反射面を備えており、球面の中心位置が、アーク形成部に一致するように、理想的には陰極１３先端位置に一致するよう配置される。
図１、図２に示されるように、反射ミラー２０は、陰極１３の先端を検出するための位置合わせのための開口２３Ａ，２３Ｂが互いに離間して２箇所形成されている。開口２３Ａ，２３Ｂは、反射ミラー２０の光軸に直交しかつミラー２０の焦点を通る平面上に形成され、反射ミラー２０の焦点位置（Ｆ）の垂直上側に１つ、反射ミラー２０の焦点位置（Ｆ）の水平横側に１つ設けられている。
そして、反射ミラー２０の外部においてその両方の側面に隣接するように、磁束供給手段３０の磁極３３とコア３１が配置されている。
【００１９】
図３を参照して磁束供給手段について詳細に説明する。
磁束供給手段３０は、例えば電磁石よりなり、コア３１、励磁コイル３２、磁極３３及びリード線３５を具備して構成される。コア３１は、細長い平板状の磁性体をコの字状に屈折形成して構成されており、コア３１における対向する腕部には、中腹近傍に励磁コイル３２が設けられている。また、コア３１の両端には、当該コア３１とは別部材からなる平板状の磁性体からなる磁極３３が、互いに向き合うように配置され、固定されている。
励磁コイル３２の各々にはリード線３５が接続されており、ここでは不図示とした電磁石用電源に接続されている。
【００２０】
磁極３３及びコア３１には、例えば貫通穴で構成される透過部３４が形成されている。かかる透過部３４は、図１，２及び図４で示されるように、少なくともその一方が、反射ミラー２０の側面側の開口２３Ｂに対応する位置に形成されており、透過部３４を介して開口２３Ｂ及び陰極１３先端を臨むことができるようになっている。従って、磁束供給手段３０を備えた状態でも、透過部３４から開口２３Ｂを介して、電極位置（陰極１３位置）を検出することができ、ランプ交換の際には電極（陰極１３）位置を確認しながらランプ１０を反射ミラー２０に対して最適な位置になるよう調整することができる。
なお、磁極３３及びコア３１に形成される透過部３４は、対向配置された磁極３３及びコア３１の、両方において形成されていることが好ましく、特に発光管１１の管軸Ｌを中心に対称な形状となるよう同一の形状であることが好ましい。この理由は、発生する磁界の磁束密度を両磁極において等価に形成させることで、アーク（導体）にかかる力を偏らせることなく下向き（Ｙ方向）に制御するためである。
【００２１】
ここで、磁束供給手段３０の動作方法について、図３、図５を参照して一例を説明する。
図５は、反射ミラー２０の焦点Ｆを通り発光管１１の管軸に垂直な面で切断したランプの断面を、電流が流れる方向（陽極側から陰極側）にみた説明用断面図である。なお同図ではミラーの構成を省略して示す。
なお、図５（ａ）はランプ点灯中、アークが対流による浮力で上向きに持ち上げられた状態を示しており、（ｂ）は磁束供給手段３０に通電した状態を示している。
図５（ａ）で示されるように、アークが焦点Ｆよりも上方に持ち上げられると、ミラー（不図示）の焦点位置Ｆとアークの位置とが一致しなくなることで集光効率が低下したり、実効的に電極間距離が長くなるとみなされ、電圧が不足した状態になってランプが立ち消えたりする。
このように、アークが所期の状態よりも上向きに偏倚したとき、磁束供給手段３０に通電し、磁界を形成する。
先に図３で示した磁束供給手段３０に、電磁石用電源（不図示）よりリード線３５を介して励磁コイル３２に通電すると、コア３１の端部が磁極３３となってランプの周囲に磁界を形成する。このとき、図５（ｂ）に示すようにＳ極，Ｎ極の向きを設定し、アーク（導体）に下向きの力が働くよう磁界の向きを制御する。
図においてＸ方向は電流の向き（電子が流れる方向と逆方向）であり、陽極から陰極に向かう方向である。本発明において、ランプは、発光管１１の管軸がほぼ水平となるよう支持されており、従って電流の向きは、管軸に対して平行な方向になる。なお、図５においては紙面手前から奥に向かう方向である。
このとき、導体にかかる力、すなわち、アークにかかる力はフレミングの左手の法則に従って、上から下方向（Ｙ方向）に働くことになる。
このように、磁束供給手段３０への通電状態を制御して、アークがミラーの焦点Ｆの位置になるよう制御する。
【００２２】
本願発明によれば、ミラーの焦点Ｆを通過する発光管の管軸に垂直な面で切断した断面図において、磁束供給手段３０の磁極３３がミラーの焦点Ｆの真横に相当する位置に配置されているので、アークに対して効率よく力を付与することができる。
【００２３】
そして、このような光源装置においては、図１、図２、図４で示されるように、反射ミラー２０は開口２３Ａ，２３Ｂを備えているので、目視又はＣＣＤカメラ等でそれぞれの対向位置にある目標位置を検出しながら、陰極１３先端が所定の位置（焦点Ｆの位置）になるようランプの位置を調整することができる。
具体的には、焦点Ｆの位置と各開口２３Ａ，２３Ｂとを結ぶ線は、９０°の角度で交差する構成になっていて、反射ミラー２０の上側の開口２３Ａからは、陰極１３先端における管軸方向（Ｘ方向）、左右方向（Ｚ方向）の位置を検出し、当該反射ミラー２０の横側の開口２３Ｂからは、陰極１３先端における管軸方向（Ｘ方向）、上下方向（Ｙ方向）の位置を検出することで、陰極１３先端のＸ，Ｙ，Ｚの位置を一義的に決めることができる。
ここで、反射ミラー２０の横側の開口２３Ｂには、上述したように磁束供給手段３０が被さるように当該反射ミラーの外部に配置されるが、磁束供給手段３０には開口２３Ｂの形成箇所に対応して、当該開口２３Ｂを臨む透過部３４が形成されているので、陰極１３先端位置を確実に検出することができる。
【００２４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されず構成上置換可能なものについて変更可能なことは言うまでもない。
例えば、磁束供給手段に形成される透過部は、貫通穴の例で示したが、穴の一部がオープンになったスリット状の開口でもかまわない。また、コアと磁極について、ここでは別部材で構成した例で説明したが、これらについては必ずしも別部材とする必要はなく、一体で構成してもよい。また、透過部は、電極（陰極）先端を視認できる形態のものであればよく、ガラス等の光透過性、又は、透明性の部材をはめ込んだものとすることも可能である。無論、金属線からなるメッシュ状の部材を配置することも可能である。
ガラスをはめ込んだ場合は、当該ガラスにチタニア（ＴｉＯ２）などをコーティングしてもよく、この場合、透過部から漏れる不要な紫外線をカットすることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ショートアークランプ
１１  発光管
１２  陽極
１３陰極
１５Ａ、１５Ｂ  口金
２０  反射ミラー
２１  補助反射ミラー
２２  
２３Ａ  第一の開口
２３Ｂ  第二の開口
２４Ａ，２４Ｂ  支持部材
３０  磁束供給手段
３１  コア
３２  励磁コイル
３３  磁極
３４  透過部
３６  電磁石用電源
４０  電源装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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