(57)【要約】【課題】簡易な構造で短時間にできるランプと反射鏡の位置合わせを可能とする反射鏡を提供することである。【解決手段】内部にショートアーク型放電ランプ(1)が配置される概略凹面形状であって、この反射鏡(2)の外表面には、当該反射鏡の第１焦点の位置を特定するものであって、物理的に非開口な光学的透光部(3)が形成されたことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にショートアーク型放電ランプが配置される概略凹面形状の反射鏡において、
この反射鏡の外表面に、当該反射鏡の第１焦点の位置を特定するものであって、物理的に非開口な光学的透光部が形成されたことを特徴とする反射鏡。
【請求項２】
前記光学的透光部は、前記第１焦点を含む反射鏡の中心軸に対して垂直な平面上に形成されることを特徴とする請求項１の反射鏡。
【請求項３】
前記光学的透光部は、前記第１焦点を中心として、１８０°未満の関係で反射鏡の外表面上に２つ形成されたことを特徴とする請求項２の反射鏡。
【請求項４】
前記光学的透光部は、前記第１焦点を中心として、１８０°の関係において反射鏡の外表面上に２個ずつ2組形成されたことを特徴とする請求項２の反射鏡。
【請求項５】
放電ランプと反射鏡の位置合わせ方法であって、反射鏡の内部に放電ランプを配置させて、この反射鏡内部に対して、他の光源を照明させて、この反射鏡の外表面に形成された、物理的に非開口である光学的透光部を介して描かれる放電ランプの電極のシルエットと、当該光学的透光部に形成された第１焦点を示す目印とを映像素子で観察しながら放電ランプを動かして、電極のシルエットが所定の位置に設定されるよう位置合わせを行い、その後、放電ランプと反射鏡を接着剤により固定することを特徴とする放電ランプと反射鏡の位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は反射鏡に関する。特に、内部にショートアーク型放電ランプが配置される反射鏡であって、プロジェクター装置や露光装置に使う反射鏡に関する。
【０００２】
投射型プロジェクター装置は、矩形状スクリーンに対して、均一にしかも十分な演色性をもって画像を照明させることが要求される。このため、光源としては、ショートアーク型放電ランプが反射鏡に組み込まれて採用される。
【０００３】
反射鏡と放電ランプは、精度良く位置決めしなければならない。放電ランプのアーク輝点が、反射鏡の第１焦点（通称、Ｆ点）に正確に位置しない場合、効率良く、スクリーンに投射できないからである。
【０００４】
従来、反射鏡と放電ランプの位置合わせは、反射鏡に放電ランプを挿入した状態で放電ランプを点灯させてスクリーン上で照度を測定し、可動台などで放電ランプの位置を微調整しながら、最大の照度が得られる位置を両者の最適位置として特定させていた。その後、放電ランプを消灯させて、十分に冷えた段階で放電ランプと反射鏡を接着剤で固定させていた。このような技術は、例えば、特開２００３−２９３３８号、実開昭６２−１９９７１９号に記載される。
【０００５】
しかしながら、上記位置合わせ方法は以下の問題を有していた。
（１）位置合せのために、ランプを点灯させるための電源、光学系、照度測定装置、スクリーンなどの装置や器具を必要とした。
（２）放電ランプは点灯により極めて高温化する。このため、光学系治具や照度計などの照度測定装置が長期使用により劣化し、熱対策や劣化補正を必要とした。
（３）位置合わせを行うために、ランプ照度を安定させる必要があり、また、位置合わせ完了後もランプが冷えるのを待って接着剤を注入していたので、ランプと反射鏡の接合作業に時間を要していた。
【特許文献１】特開２００３−２９３３８号実開昭６２−１９９７１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、ランプと反射鏡の位置合わせを、簡易な構造で短時間にできる構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明に係る反射鏡は、内部にショートアーク型放電ランプが配置される概略凹面形状であって、この反射鏡の外表面には、当該反射鏡の第１焦点の位置を特定するものであって、物理的に非開口な光学的透光部が形成されたことを特徴とする。
【０００８】
さらに、前記光学的透光部は、前記第１焦点を含む反射鏡の中心軸に対して垂直な平面上に形成されることを特徴とする。
【０００９】
さらに、放電ランプと反射鏡の位置合わせ方法であって、以下の手順で行うことを特徴とする。
まず、反射鏡の内部に放電ランプを配置させる。次に、この反射鏡内部に対して、他の光源を照明させる。次に、この反射鏡の外表面に形成された、物理的に非開口である光学的透光部を介して描かれる放電ランプの電極のシルエットと、当該光学的透光部に形成された第１焦点の位置を示す目印とを映像素子で観察する。次に、観察をしながら放電ランプを動かして、電極のシルエットが所定の位置に設定されるよう位置合わせを行う。必要があればその後、照度調整のためにランプ位置を所定量移動させる。その後、放電ランプと反射鏡を接着剤により固定する。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明の反射鏡は、外表面の第１焦点に相当する位置に、物理的に非開口な光学的透光部を形成したので、放電ランプを点灯させることなく、簡易の照明装置を使って放電ランプの電極のシルエットと当該透光部を位置合わせできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明に係る反射鏡に放電ランプが固着された状態の概略構成を示す。
放電ランプ１は、内部に一対の電極を有するショートアーク型放電ランプであって、水銀、希ガス、臭素などのハロゲンが封入される。反射鏡２は、例えばホウケイ酸ガラスからなり、全体が概略おわん型の楕円反射鏡であって、頂部２１と反射部２２から構成される。頂部２１には円筒状口金３０が装着されて、口金３０と放電ランプ１が接着剤３１で固着される。これにより、放電ランプ１と反射鏡２は固着され、両者の位置関係も規定される。放電ランプ１の軸線（一対の電極で形成される仮想軸）は反射鏡２の中心軸Ｌに一致する。なお、反射鏡２の前面開口にはフランジ２３が形成されて前面ガラス２４が密閉するように装着するが、本発明では必須の構成ではない。
また、反射鏡２の頂部２１が円筒状に伸びて、頂部２１と放電ランプ１が接着剤により固定される場合もあり、また、口金３０に物理的な別部材が装着されて、この別部材と放電ランプ１を固着する構造であってもかまわない。
【００１２】
放電ランプ１の一対の電極間にはアーク輝点が形成される。このアーク輝点は反射鏡２の第一焦点と原則一致しなければならない。また、反射鏡２の外表面には、当該反射鏡２の第１焦点の位置を特定するための、物理的に非開口な光学的透光部３が形成される。
【００１３】
図２は反射鏡２を後方から眺めた状態を示す。反射鏡２の外表面はフランジ２３も含めて全体にシボ加工が施される。放電ランプの放射光が透過して眩しくならないようにするためである。
また、外表面には物理的に非開口の光学的透光部３が形成される。放電ランプが、万一、破損した場合でも反射鏡内部に、その破片をトラップさせるためである。この光学的透光部３は、全体的にシボ加工されている中において、部分的に平面化処理することで形成できる。このため、放電ランプ１の放射光は、透光部３においては透過直進するが、その他のシボ加工された領域では拡散透過することとなる。このため、透光部３は光学的には窓の機能を果たしている。なお、透光部３は、例えば、Φ２ｍｍの円形であるが、その中には、第１焦点の位置をより具体的に示すために、目印（×マーク）が設けられる。透光部３および目印は、反射鏡を製造する段階で形成させる。
【００１４】
図３は、本発明に係る反射鏡を使った場合の反射鏡と放電ランプの位置合わせ方法の概略構成を示す。
反射鏡２の前面開口に、例えば、平面形状の発光ダイオード（ＬＥＤ）を所定の位置に配置させて、反射鏡２の内部に向けて照明させる。すると、反射鏡３の内部が明るくなり、透光部３を介して、放電ランプ１の電極の先端構造がシルエットとなって外部から観察できる。図においては、ＣＣＤカメラを使って透光部３からのシルエットを観察している。
ここで、プロジェクター装置のように可視光を必要とする場合は、反射鏡２は可視光を反射して紫外光や赤外光を透過する蒸着膜などが反射面に施されている。従って、透光部３からは、可視光以外の光が主に透過してくるため、ＣＣＤカメラは当該透過光に感度を有するものを使う必要がある。ＬＥＤも当該波長の光を放射するものを使う必要がある。一例を上げると、ＬＥＤは波長６６０ｎｍや波長９４０ｎｍの赤外光を良好に放射するものであって、ＣＣＤカメラも当該波長に感度を有するものとなる。もちろん、観察用に可視光を使うことを排除するわけではない。反射鏡２は可視光を１００％反射しているというわけではないので、わずかに透過する成分を感度の高いＣＣＤカメラで捕らえて位置合わせすることもできる。
【００１５】
図４は、ＣＣＤカメラが撮影した電極先端のシルエットと、第１焦点を表示する目印の観察状態を示し、（ａ）は位置合わせ作業前の観察状態を、（ｂ）は位置合わせ作業後の観察状態をそれぞれ表す。１４は陽極、１５は陰極をそれぞれ表す。
この実施例における放電ランプは、アーク輝点が、陰極先端に形成されるタイプのランプであるとして、位置合わせ作業前は、（ａ）に示すように陰極先端から外れたところに、第１焦点の目印が位置している。つまり、反射鏡と放電ランプの位置関係が正しくないことを意味している。この状態から、ＣＣＤカメラの観察映像を見ながら、（ｂ）に示すように、放電ランプ１の位置を調整（動かす）ことで、陰極先端位置が第１焦点の目印に合致させる。
【００１６】
図５は、第１焦点を示す目印の他の実施例を示す。（ａ）はマイナス状のマークであり、（ｂ）は二重丸状のマークであり、（ｃ）は目盛り状のマークを示す。
これらマークは反射鏡の透光部に、傷など物理的な加工を施して形成してもよく、また、インクなどで書き加えることもできる。
ここで、反射鏡の材料がホウケイ酸ガラスなどの場合、通常、溶融状ガラスを作り、型により成型する製造方法が採用される。この場合、矢型（プランジャー）の押し込み量、押し込み力などによって、第１焦点の位置を示す目印と、第１焦点の本来の位置が一致しないこともありえる。この場合、第１焦点の位置を示す目印と本来の位置とのズレが予め把握できていれば、例えば、（ｃ）のような目盛状マークを使うことで、いずれの位置を基準にするかを都度設定することができ、良好に対応できる。
また、電極先端と第一焦点を一致させるのではなく、電極先端から少し離れた位置にアーク輝点が形成される場合もあり、この場合も上記目盛状マークを使って、ランプ位置を決定できる。
また、本発明は、原則的には、放電ランプを点灯させることなく、ランプと反射鏡の位置合わせをすることを特徴としているが、例えば、多数のロットの中から抜き取り的に、特定の放電ランプについては、従来のように点灯させて、実際の照度によって反射鏡と位置合わせを行い、当該位置合わせの結果を生かして、上記目盛状マークのズレ量を把握することで、他の反射鏡については本発明の位置合わせ方法を活用することもできる。
なお、図５に示す以外の形状を採用できることは言うまでもなく、例えば、透光部が小さく、アーク輝点を大きさが略等しい場合などにおいて、第１焦点を必要としない場合もある。この場合、透光部の全体領域に対して電極のシルエットと位置合わせさせることとなる。
【００１７】
図６は反射鏡２と透光部３の位置を説明するための図を示す。
反射鏡の外表面に形成される透光部３は、反射鏡の第１焦点を含み、かつ、反射鏡の中心軸Ｌに対して垂直な仮想平面（Ｈ１あるいはＨ２）上に形成される。図では仮想平面Ｈ１上に透光部３ａが形成され、仮想平面Ｈ２上に透光部３ｂが形成される。このように透光部３が反射鏡の第１焦点を含み、かつ、反射鏡のＬに対して垂直な仮想平面上に形成される理由は、電極を観察する方向が反射鏡の中心軸Ｌ（放電ランプの長手方向）と垂直の関係になるため、位置合わせのための観察および作業が容易だからである。
【００１８】
なお、仮想平面は、図示Ｈ１，Ｈ２以外に無数に形成されうる。従って、観察方向が、反射鏡の中心軸Ｌと垂直になる透光部３の位置も無数に存在しえることとなる。
しかしながら、透光部３は、第１焦点を中心として１８０°未満の関係において少なくとも２つ、より好ましくは、第１焦点を中心として９０°の関係で反射鏡の外表面上に２つ形成することが望ましい。
仮想平面Ｈ１、Ｈ２が垂直に関係であれば、透光部３ａを介した電極先端の観察により仮想平面Ｈ２上における位置調整（Ｘ方向の調整）をすることができ、また、透光部３ｂを介した電極先端の観察により仮想平面Ｈ１上における位置調整（Ｙ方向の調整）をすることができる。なお、中心軸Ｌ上における第１焦点の位置調整（Ｚ方向の調整）は上記いずれの観察においても可能である。
このように少なくとも２つの透光部を設けることで、アーク輝点と第１焦点の位置合わせを、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に対して実施できる。
【００１９】
図７は、図２および図６に示した反射鏡２を後方から見た構造を示す。透光部３は仮想平面Ｈ１上に透光部３ａ、仮想平面Ｈ２上に透光部３ｂがそれぞれ設けられる。透光部３について、数値例をあげると、Φ１〜５ｍｍの範囲から選択され、例えば、Φ２ｍｍが使われる。
【００２０】
図８は、反射鏡２、ＬＥＤ、ＣＣＤカメラの配置に関して、他の実施形態を示す。反射鏡２には、透光部３ａが2個、透光部３ｂが2個の合計４個の透光部が形成される。透光部３ａ同士はＦ点を中心として１８０°の関係において反射鏡の外表面上に形成され、ＬＥＤ１とＣＣＤカメラ１を結ぶ直線上に形成され、透光部３ｂ同士もＦ点を中心として１８０°の関係において反射鏡の外表面上に形成されて、ＬＥＤ２とＣＣＤカメラ２を結ぶ直線上に形成される。
ＬＥＤ１の放射光を透光部３ａ、電極、透光部３ａ、ＣＣＤカメラ１の経路で電極のシルエットをＣＣＤカメラ１で観察するとともに、ＬＥＤ２の放射光を透光部３ｂ、電極、透光部３ｂ、ＣＣＤカメラ２の経路で電極のシルエットをＣＣＤカメラ２で観察する。
【００２１】
この構造の利点は、両ＣＣＤカメラで電極先端のシルエットを観察するときに、電極の位置を透光部、すなわち反射鏡の位置を合わせるとともに、反射鏡と両ＬＥＤの位置合わせも同時に行なっていることとなる。
つまり、図３に示す配置構造の場合は、電極位置を透光部の位置に合わせる前に、事前にＬＥＤ、反射鏡、ＣＣＤカメラの位置合わせをする必要があった。この位置合わせは、専用の治具を使って行われる。
この点、図８に示す構造は、当該事前の位置合わせを必要とせず、ＬＥＤやＣＣＤカメラの位置を、環境に応じて柔軟に配置させて作業することができる。
【００２２】
ここで、放電ランプと反射鏡の位置合わせ方法を、あらためてまとめると、
まず、反射鏡の内部に放電ランプを配置させる。次に、この反射鏡内部に対して、他の光源を照明させる。次に、この反射鏡の外表面に形成された、物理的に非開口である光学的透光部を介して描かれる放電ランプの電極のシルエットと、当該光学的透光部に形成された第１焦点の位置を示す目印とを映像素子で観察する。次に、観察をしながら放電ランプを動かして、電極のシルエットが所定の位置に設定されるよう位置合わせを行う。その後、放電ランプと反射鏡を接着剤により固定することとなる。
このように、本発明の位置合わせ方法は、放電ランプを点灯させることなく、反射鏡に対する位置合わせができる。このため、位置合わせのために、ランプ点灯用の電源、光学設備、照度測定設備、スクリーンなどを用意する必要はなく、放電ランプの点灯による測定機器の熱劣化の影響を受けることがない。さらには、放電ランプと反射鏡は位置合わせ直後に接着剤を投入して固着することができ、製造時間の大幅な短縮につながる。
【００２３】
反射鏡２について、数値例をあげると、前面開口径はφ１０〜１５０ｍｍで、例えば５０ｍｍ、首部２１の外径はφ１５ｍｍ〜２５ｍｍで、例えば２０ｍｍ、首部２１の内径はφ８ｍｍ〜１５ｍｍで、例えば１２ｍｍ、前面開口から首部先端までの軸方向の全長は１０〜１５０ｍｍで、例えば３５ｍｍである。内容積は１０３〜１０６ｍｍ３の範囲から選択されて、例えば９×１０４ｍｍ３である。
【００２４】
ここで、放電ランプ１についても説明をしておく。
本発明に係る反射鏡は、放電ランプの種類に限定されることなく、ショートアーク型放電ランプ全般に適用することができる。
しかし、プロジェクター装置用の放電ランプにより好適に採用できる。電極間距離が２ｍｍ以下と極めて短く、また、高輝度が要求されることから第１焦点とアーク輝点の位置合わせ精度が強く要求されるからである。
【００２５】
図９は、プロジェクター装置用放電ランプの概略構成を示す。
放電ランプ１は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された大略球形の発光部１０を有し、この発光部１０内には、陽極１４と陰極１５が互いに対向するよう配置している。また、発光部１０の両端部から伸びるよう各々封止部１１が形成され、一方の封止部１１の端部には金属製口金１２が装着される。これらの封止部１１には、通常モリブデンよりなる導電用金属箔１６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１６の一端は陽極１４あるいは陰極１５が接合しており、金属箔１６の他端は外部リード１３が接合している。
【００２６】
発光部１０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という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２００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することができる。
希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入され、点灯始動性を改善する。
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する。ハロゲンの封入量は、例えば、１０−６〜１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲から選択できるものであって、その機能は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高い内圧を有するものは、このようなハロゲンを封入することは放電容器の破損、失透の防止という作用があると考えられる。
【００２７】
このような放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の外径はφ６．０〜１５．０ｍｍの範囲から選ばれて例えば９．５ｍｍ、電極間距離は０．５〜２．０ｍｍの範囲から選ばれて例えば１．５ｍｍ、発光管内容積は４０〜３００ｍｍ３の範囲から選ばれて例えば７５ｍｍ３である。点灯条件は、例えば、管壁負荷０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ2範囲から選ばれて例えば１．５Ｗ／ｍｍ2というものであり、定格電圧８０Ｖ、定格電力２００Ｗである。
また、この放電ランプは、小型化するプロジェクター装置などに内蔵されるものであり、全体構造が極めて小型化される一方で高い光量が要求される。したがって、発光部内の熱的条件は極めて厳しいものとなる。
そして、放電ランプは、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、演色性の良い放射光を提供する。
【００２８】
放電ランプと反射鏡を固着する接着剤は、例えば、ナトリウム成分あるいはリチウム成分を含む無機系のものであり、例えば、スミセラム（商品名）、ボンドX（商品名）が採用される。成分について、スミセラムを一例として紹介すると、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、水（Ｈ２Ｏ）を主成分する。
【００２９】
本発明の放電ランプは、直流点灯型に限定されるわけではなく、交流点灯型の放電ランプにも適用できる。また、放電ランプは水銀封入量が０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上に限定されるわけではなく、水銀量がそれ以下の放電ランプにも適用できる。また、水銀ランプに限定されるわけではなく、キセノンランプやメタルハライドランプなどにも適用することができる。
【００３０】
反射鏡は楕円集光鏡に限定されるわけではなく、放物面鏡を採用することもできる。
また、本発明において反射鏡と放電ランプの位置合わせ時に活用した光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に限るものではなく、ハロゲン球、放電ランプなど他の光源を使うこともできる。さらに、位置合わせのための観察手段は、ＣＣＤカメラに限らず、他の手段を採用することもできる。
【００３１】
また、本発明に係る反射鏡を露光装置の光源として活用することもある。例えば、ＷＯ２００４／１１４３６４などに記載されるが、半導体素子や液晶基板に回路パターンを焼き付けるための露光装置の光源に採用できる。
この場合、反射鏡は、前記プロジェクター装置の光源の場合と異なり、紫外光を反射するとともに、その他の可視光や赤外光を透過するよう反射面が処理されている。
従って、ＬＥＤなどの光源は可視光や赤外光を主に放射するものを採用し、ＣＣＤカメラも当該波長の光に感度を有するものを採用することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明に係る反射鏡と放電ランプを示す。
【図２】この発明に係る反射鏡を示す。
【図３】この発明に係る反射鏡と放電ランプの位置合わせの状態を示す。
【図４】この発明に係る反射鏡の透光部を示す。
【図５】この発明に係る反射鏡の透光部の他の形態を示す。
【図６】この発明に係る反射鏡の説明図を示す。
【図７】この発明に係る反射鏡を示す。
【図８】この発明に係る反射鏡と放電ランプの位置合わせの状態を示す。
【図９】この発明に係る放電ランプを示す。
【符号の説明】
【００３３】
１  放電ランプ
２  反射鏡
３  光学的透光部
１０  発光部
１４  陽極
１５  陰極
２１  頂部
２２  反射部
２３  フランジ
２４  前面ガラス
【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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【図９】
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