(57)【要約】【課題】本発明は、点灯時に超高圧で動作する超高圧水銀放電ランプを具備した光源ユニットにおいて、該光源ユニットの開口側に配置する前面ガラスの厚みを厚くすることにより防爆構造を取った場合でも光学系との配置を簡便に決めることができる光源ユニットを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の光源装置は、石英ガラスからなる放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入され、一組の対向配置された電極を備えた超高圧水銀放電ランプと、該超高圧水銀放電ランプを頂部側に配置した凹面反射鏡と、ランプバルブ側端面と光出射側端面とを持ち該凹面反射鏡の前面開口部側を覆う防爆構造を兼ねた前面ガラスと、よりなる光源ユニットと、該凹面反射鏡の前面開口部側に配置された光学系部とからなる光源装置において、該光源ユニットの該光学系部に当接する面が、該前面ガラスの光出射側端面より該凹面反射鏡の頂部側に設けら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】
石英ガラスからなる放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入され、一組の対向配置された電極を備えた超高圧水銀放電ランプと、該超高圧水銀放電ランプを頂部側に配置した凹面反射鏡と、ランプバルブ側端面と光出射側端面とを持ち該凹面反射鏡の前面開口部側を覆う防爆構造を兼ねた前面ガラスと、よりなる光源ユニットと、該凹面反射鏡の前面開口部側に配置された光学系部とからなる光源装置において、
該光源ユニットの該光学系部に当接する面が、該前面ガラスの光出射側端面より該凹面反射鏡の頂部側に設けられたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光源ユニットの前記光学系部に当接する面が、前記前面ガラスのランプバルブ側端面と光出射側端面との間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光源ユニットの前記光学系部に当接する面が、該前面開口部の周囲に連続した面として設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光源ユニットの前記光学系部に当接する面が、該前面開口部の周囲に非連続的に存在する少なくとも３つの面として設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
【請求項５】
石英ガラスからなる放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入され、一組の対向配置された電極を備えた超高圧水銀放電ランプと、該超高圧水銀放電ランプを頂部側に配置した凹面反射鏡と、ランプバルブ側端面と光出射側端面とを持ち該凹面反射鏡の前面開口部を覆う防爆構造を兼ねた前面ガラスとよりなる光源ユニットにおいて、
該凹面反射鏡の、前面開口部側に最も突出した端部が、該前面ガラスの光出射側端面より該凹面反射鏡の頂部側に設けられていることを特徴とする光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高圧水銀放電ランプを具備した光源ユニットが含まれる光源装置に関し、更に詳しくはプロジェクタ等に用いられる光源ユニットと該光源ユニットに続く光学系部との位置関係を決める手段を備えた光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来プロジェクタ等の光源装置に用いられる光源ユニットは、画像の投影時に高輝度で且つ高い演色性を持つことが要求されており、最近では超高圧水銀放電ランプが主に用いられるようになってきた。一方、プロジェクタ自身は小型化の要求が進み、従来からの据え置き型プロジェクタに変わり携帯可能なプロジェクタの需要が多くなってきた。これに伴い、該プロジェクタ等の光源装置自身、または該光源装置に用いられる光源ユニット等の小型化、及び該光源ユニット内に配置される超高圧水銀放電ランプの高輝度化が求められている。該超高圧水銀放電ランプの高輝度化には一般的にランプの放電空間内に封入される水銀の量を多くし、点灯時の圧力を増加することによって達成している。一方、光源ユニット自身の小型化においては、該超高圧水銀放電ランプが配置された凹面反射鏡の開口径と凹面反射鏡の光軸方向の長さとを短くすることで対応している。
【０００３】
このような光源ユニットに関しては、例えば特表２０００−５１５３１１号公報に記載されている。該公報によれば、電球と反射器とから成る光源ユニットにおいて、該反射器基体、いわゆる凹面反射鏡は、反射面から離れた光放射窓である前面ガラス側にラグと称する突起状構造を該前面ガラスの光出射側端面より光放射方向に突出して設けることが記載されており、該光源ユニットが光源システムに挿入されるときに、該ラグを利用することにより自動的に良好な位置決めができることが開示されている。
【０００４】
ここで、該ラグを具備した従来の光源ユニットについて図１０、及び図１１に示す。図１０−（ａ）は該光源ユニットを前面ガラス側から見た図、図１０−（ｂ）は該光源ユニットのＡ−Ａ´断面で見た場合の断面図、及び円で囲んだ部分の拡大図である。該光源ユニット８２は超高圧水銀放電ランプ８４を具備した凹面反射鏡８５と該凹面反射鏡８５の開口部８７側に設けられた前面ガラス８６からなり、該凹面反射鏡８５の開口部８７側にラグと称する突起状部８８がある。また、図１１−（ａ）は該光源ユニットを前面ガラス側から見た図、図１１−（ｂ）は該光源ユニットのＡ−Ａ´断面で見た場合の断面図、及び円で囲んだ部分の拡大図である。図１１は、図１０と同様の構成を持つ凹面反射鏡であって、該開口部の形状が円形のものの例である。
【０００５】
ところで、前記公報によればラグと称する突起状部８８は凹面反射鏡８５の開口部８７側に設けられた前面ガラス８６の光出射側端面８６ｂより光放射方向である光学系側に突出していることにより、該前面ガラス８６を傷つけることなく該光学系側との位置関係を決めることができるとしている。
【０００６】
しかし、最近の要求に伴い該超高圧水銀放電ランプ８４の点灯時の圧力は非常に高くなってきており、何らかの不具合によって該超高圧水銀放電ランプ８４が破裂等した場合に破片の飛散、更には該破片によって該プロジェクタ内の光学系部が損傷するといった問題がある。そこで、該光源ユニット８２の凹面反射鏡開口部８７側に設けられた前面ガラス８６には防爆構造を持たせることが必要となり、従来は該前面ガラス８６の厚みを厚くすることで対応していた。
【０００７】
また、最近の光源ユニット８２においては該超高圧水銀放電ランプ８４から放射される光を非常に狭い領域に集光する楕円ミラーを用いたものなどもあり、該光源ユニット８２とそれに続く光学系部との間を非常に精度良く配置する必要が出てきた。
【０００８】
しかし、防爆構造として前面ガラス８６の厚みを厚くした場合、前記公報に記載されている発明に従うとラグと称する該突起状部８８の部分の光軸方向の長さが長くなり、該凹面反射鏡形成時に発生する歪等のために寸法のバラツキが大きくなる。このバラツキは特に該ラグが該凹面反射鏡外周部に非連続的に設けられた場合（図１０、図１１）に顕著になる。結果的にはラグと称する該突起状部８８を基準として光学系部に該光源ユニット８２を組み入れても自動的に良好な位置決めをすることができないといった問題があった。また、ラグと称する該突起状部８８の部分を長くすれば、該突起状部８８の部分の機械的強度が低下し、プロジェクタ等に組み込む場合にぶつける等すれば該突起状部８８が破損するといった問題があった。
【０００９】
更には、図１２に示す小型の該凹面反射鏡８５のように該凹面反射鏡８５の外周部に連続的に設けられた該突起状部８９は部分的に厚みの薄い部分ができるため機械的強度が低下するといった問題もあった。一方、該突起状部８８、８９の強度を確保するために、該突起状部８８，８９の厚みを厚くすると該光源ユニット８２の径方向の寸法が大きくなり市場からの小型化といった要求に答えられないといった問題があった。更には、該光源装置８２の径方向の寸法を小型に保ったまま該突起状部８８，８９の厚みを厚くすると該光源ユニット８２の開口径が小さくなり必要な光量が取れないといった問題があった。
【００１０】
【特許文献１】
特表２０００−５１５３１１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
点灯時に超高圧で動作する超高圧水銀放電ランプを具備した光源ユニットにおいて、該光源ユニットの開口側に配置する前面ガラスの厚みを厚くすることにより防爆構造を取った場合でも光学系部との配置を簡便に決めることができる光源ユニットを提供することを目的とする。また、該光源ユニットを具備した光源装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光源装置は、石英ガラスからなる放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入され、一組の対向配置された電極を備えた超高圧水銀放電ランプと、該超高圧水銀放電ランプを頂部側に配置した凹面反射鏡と、ランプバルブ側端面と光出射側端面とを持ち該凹面反射鏡の前面開口部側を覆う防爆構造を兼ねた前面ガラスと、よりなる光源ユニットと、該凹面反射鏡の前面開口部側に配置された光学系部とからなる光源装置において、該光源ユニットの該光学系部に当接する面が、該前面ガラスの光出射側端面より該凹面反射鏡の頂部側に設けられたことを特徴とする。
【００１３】
この構成により、防爆構造として厚みを厚くした前面ガラスを用いても該凹面反射鏡の寸法を大きくすること無く該光源ユニットの位置を決める基準となる面を持つことができる。更には、該光源装置において該光学系部に設けられた突起状部を該基準となる面に当接することにより簡便に該光源ユニットの位置を決めることができ、該超高圧水銀放電ランプから放射される光を有効に利用することができる。
【００１４】
また、本発明の光源装置は、前記光源ユニットの前記光学系部に当接する面が、前記前面ガラスのランプバルブ側端面と光出射側端面との間に設けられたことを特徴とする。
【００１５】
これにより、該前面ガラスの光軸に並行する側面部が該光源ユニットを該光学系部に取り付ける場合のガイドになり、該光源ユニットと該光学系部との間での位置精度を保ったまま簡便に取り付けることができるといった利点がある。
【００１６】
更には、前記光源ユニットの前記光学系部に当接する面が、該前面開口部の周囲に連続した面として設けられていることを特徴とする。
【００１７】
これにより、凹面反射鏡の前面開口部近傍に複雑な構造を持たせることなく該光源ユニットを該光源装置内に精度良く配置できる。また、前記凹面反射鏡が前記光学系部に当接する面を該凹面反射鏡の前面開口部周囲に連続した面として構成しているので複雑な構造から発生する歪等が低減され該凹面反射鏡自身の機械的強度が向上し、更なる防爆効果を高めることができるといった利点がある。
【００１８】
または、前記光源ユニットの前記光学系部に当接する面が、該前面開口部の周囲に非連続的に存在する少なくとも３つの面として設けられていることを特徴とする。
【００１９】
これにより、該光源装置において簡便に該光源ユニットと該光学系部との位置を決めることができ、該超高圧水銀放電ランプから放射される光を有効に利用することができる。
【００２０】
また、本発明の光源ユニットは、石英ガラスからなる放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入され、一組の対向配置された電極を備えた超高圧水銀放電ランプと、該超高圧水銀放電ランプを頂部側に配置した凹面反射鏡と、ランプバルブ側端面と光出射側端面とを持ち該凹面反射鏡の前面開口部を覆う防爆構造を兼ねた前面ガラスとよりなる光源ユニットにおいて、該凹面反射鏡の、前面開口部側に最も突出した端部が、該前面ガラスの光出射側端面より該凹面反射鏡の頂部側に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
これにより、該光源ユニットを光源装置に配置する場合に該前面ガラスの厚みが厚くなっても該凹面反射鏡の開口部側に最も突出した該端部を利用して精度良く該光源ユニットを配置することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の光源装置の第１の実施例を図１に示す。本発明の光源装置１は、光源ユニット２と該光源ユニット２から出射される光を取り込む光学系部３とからなっている。該光源ユニット２は、超高圧水銀放電ランプ４から放射される光を反射する凹面反射鏡５と該凹面反射鏡５の前面開口部５ｂ側に配置された前面ガラス６とからなっており、該前面ガラス６にはランプバルブ側端面６ａと光出射側端面６ｂとの２つの端面がある。また、光学系部３には、インテグレータレンズ１０、偏光変換素子１１、集光レンズ１２、コンデンサーレンズ１３、空間変調素子１４、投射レンズ１５、等が配置され、且つ該光源ユニット２が当接し該光源ユニット２の位置を決める基準面１６を突起状部１７として設けている。また、該空間変調素子１４には、例えば液晶基板やデジタル・ミラー・デバイスといったものが搭載可能である。該光源ユニット２と該光学系部３との位置関係には高い精度が求められており、該光学系部３側に設けられた突起状部１７を基準となる面とし、該凹面反射鏡５の前面開口部５ｂ側に最も突出した突起状部８の先端面８ａを当接して位置決めを行っている。本発明においては該先端面８ａが該前面ガラス６の光出射側端面６ｂより該凹面反射鏡５の頂部５ａ側に設けられている。第１の実施例としては、該光源ユニット２が該基準面１６に当接する部分として略正方形をした該凹面反射鏡５の開口部７の各頂点に突起状部８として設けられており、該突起状部８の前面開口部５ｂ側端部である該先端面８ａの位置が該前面ガラス６の光軸に並行する方向の端面上、つまりランプバルブ側端面６ａと光出射側端面６ｂとの間に設けられている。本実施例では、該前面ガラス６の厚みが防爆構造を兼ねるため約５ｍｍの耐熱ガラス製板状材を用いた。
【００２３】
この構成により、防爆構造として厚みを厚くした該前面ガラス６を用いても該凹面反射鏡５の寸法を大きくすること無く、且つ該光源ユニット２の位置を精度良く決める事が出来るといった利点がある。
【００２４】
次に、該光源ユニット２に配置される超高圧水銀放電ランプ４について図２に示す。該超高圧水銀放電ランプ４は、石英ガラス製のバルブ部２４の内部にタングステン等の高融点金属からなる電極、例えば陰極２２と陽極２３とが対向配置されており、該バルブ部２４内にはアルゴンガス等の希ガスと水銀２８が封入されている。更に、該バルブ２４の両端には突出した封止部２７があり、該封止部２７には該陽極２３、該陰極２２に電気的に接続された金属箔２１、該金属箔２１に連接する外部リード２５からなる。また、該外部リード２５の一方には口金部２６が設けられており、他方には給電用リード線２０が接続されている。本実施例では例えば該バルブ径がΦ１０ｍｍ、前長が６０ｍｍ、該バルブ２４から突出する封止部２７の径はΦ５．８ｍｍ、電極間距離を約１ｍｍとした該超高圧水銀放電ランプであって、該バルブ２４内には水銀２８が０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上、Ｂｒガスが４×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３程度封入されており、入力電力１３０Ｗのものである。尚、説明上直流タイプのランプを示したが電極を逆配置にしたものや交流タイプのランプであっても良い。
【００２５】
次に、光学系部３について述べる。該光学系部３には前述のレンズ等の光学系部品が配置されている。図３には該光学系部３の一部であって前記した光源ユニット２と該光学系部３との接合部の一実施例を示したものである。図３−（ａ）は断面図、（ｂ）は該光源ユニットの前面開口部５ｂ側から見た図、（ｃ）は（ａ）図中に示した円で囲んだ部分の拡大図である。該超高圧水銀放電ランプ４の配置された該凹面反射鏡５からなる光源ユニット２は光学系部３の一部である光源ユニット保持具３２に形成された突起状部１７に該光源ユニット２の突起状部８の先端面８ａを当接して固定する。この先端面８ａは該前面ガラス６の光出射側端面６ｂとランプバルブ側端面６ａとの間にあり、該突起状部１７が該先端面８ａと該光出射側端面６ｂより該凹面反射鏡５の頂部５ａ側で当接することになる。本実施例では該光源ユニット２の位置は該突起状部１７を用いて決め、例えばピン３１を用いて該光源ユニット２の端を挟み込むように固定している。
【００２６】
図４に本発明における該光源ユニット２の第１の実施例を示す。図４−（ａ）は該光源ユニット２を前面開口部５ｂ側から見た正面図である。また、図４−（ｂ）はＡ−Ａ´断面で見た断面図、及び円で囲んだ部分の拡大図である。本実施例は該前面開口部５ｂの形状が略四角形である場合を示している。開口側端部９に突起状部８が形成されており、該突起状部８の先端である先端面８ａは該前面ガラス６の光出射側端面６ｂより該凹面反射鏡５の頂部５ａ側になるように形成されている。具体的には、ランプバルブ側端面６ａと光出射側端面６ｂとの間に該先端面８ａが設けられている。
【００２７】
尚、光源ユニット２に用いる凹面反射鏡５の形状は図５に示すように略円形とすることもできる。図５−（ａ）は該光源ユニット２を前面開口部５ｂ側から見た正面図、図５−（ｂ）は該光源ユニット２のＡ−Ａ´断面で見た場合の断面図である。その他の符号は、図４の場合と同様である。図５の場合も該開口側端部９に突起状部８が形成されており、該突起状部８の先端である先端面８ａは該前面ガラス６のランプバルブ側端面６ａと光出射側端面６ｂとの間に設けられている。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施例を図６、図７に示す。図６−（ａ）は該光源ユニット２を前面開口部５ｂ側から見た正面図であり略正方形の凹面反射鏡の場合、図６−（ｂ）は該光源ユニット２のＡ−Ａ´断面で見た場合の断面図である。また、図７−（ａ）は該光源ユニット２を前面開口部５ｂ側から見た正面図であり略円形の凹面反射鏡の場合、図７−（ｂ）は該光源ユニット２のＡ−Ａ´断面で見た場合の断面図である。第２の実施例では第１の実施例として示した突起状部８が該凹面反射鏡５の周囲に連続して設けられている。また、該突起状部８の先端面８ａは該前面ガラス６のランプバルブ側端面６ａと光出射側端面６ｂとの間に設けられており、該突起状部８の光軸方向の長さは該前面ガラス６のランプバルブ側端面６ａから約３．８ｍｍである。
【００２９】
これにより、該凹面反射鏡５の該前面開口部７に複雑な構造を持たせることなく該光源ユニット２を精度良く配置できる。また、該凹面反射鏡５における該前面開口部７の周囲に連続した面として該突起状部８を構成しているので複雑な構造から発生する歪等が低減され該凹面反射鏡５自身の機械的強度が向上し、更なる防爆効果を高めることができるといった利点がある。
【００３０】
更には、本発明の第３の実施例を図８に示す。図８−（ａ）は該光源ユニット２を前面開口部５ｂ側から見た正面図であり略正方形の凹面反射鏡の場合、図８−（ｂ）は該光源ユニット２のＡ−Ａ´断面で見た場合の断面図である。第３の実施例では、該凹面反射鏡５の開口側端部９が該光学系部３との位置を決める基準となる面を兼ねている。ここでは、前述した第１、第２の実施例のように該突起状部８の先端である先端部８ａを該前面ガラス６のランプバルブ側端面６ａと光出射側端面６ｂとの間に設けられているのではなく、該前面ガラスの光出射側端面６ｂより該凹面反射鏡５の頂部５ａ側に基準となる面がある。図８では該面を単に基準面部１６として表記する。つまり、該基準面部１６に前面ガラス６を固定し、該前面ガラス６より外周方向に広がった該基準面１６を用いて該光学系部３と接合するといった構造である。
【００３１】
これにより、該前面ガラス６の光軸に並行する面が該光源ユニット２を該光学系部３に取り付ける場合のガイドになり、該光源ユニット２と該光学系部３との間での位置精度を保ったまま簡便に取り付けることができるといった利点がある。また、加工も容易であるといった利点もある。前述した略円形形状の開口部を持つ凹面反射鏡の場合と同様に該光源ユニット２に用いる該凹面反射鏡５の形状を略円形にした場合を図９に示した。図９−（ａ）は該光源ユニット２を前面開口部５ｂ側から見た正面図であり略円形の凹面反射鏡の場合、図９−（ｂ）は該光源ユニット２のＡ−Ａ´断面で見た場合の断面図、及び円で囲んだ部分の拡大図である。同図の場合も、該基準面１６は該前面ガラス６のランプバルブ側端面６ａと光出射側端面６ｂとの間に設けられているのではなく、該前面ガラス６の光出射側端面６ｂより該凹面反射鏡５の頂部５ａ側に基準となる面が設けてある。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の光源装置は光源ユニットに配置された前面ガラスの光出射側端面より該凹面反射鏡の頂部側に光学系部と当接する面を設けたことにより防爆構造として厚みを厚くした前面ガラスを用いても凹面反射鏡の寸法を大きくすること無く該光源ユニットの位置を決める基準となる面を持つことができるといった効果がある。更には該光源装置において簡便に該光源ユニットの位置を決めることができ、該超高圧水銀放電ランプから放射される光を有効に利用することができるといった利点がある。
【００３３】
また、該凹面反射鏡の前面開口部の周囲に連続した面、または非連続的に存在する少なくとも３つの面として前記の基準となる面を構成することにより複雑な構造から発生する歪等が低減され該凹面反射鏡自身の機械的強度が向上し、更なる防爆効果を高めることができるといった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における光源装置を示す説明図
【図２】本発明における超高圧水銀放電ランプの該略図
【図３】本発明における光学系の一部を示す説明図
【図４】本発明における第１の実施例を示す図
【図５】本発明における第１の実施例を示す図
【図６】本発明における第２の実施例を示す図
【図７】本発明における第２の実施例を示す図
【図８】本発明における第３の実施例を示す図
【図９】本発明における第３の実施例を示す図
【図１０】従来における光源ユニットを示す説明図
【図１１】従来における光源ユニットを示す説明図
【図１２】従来における光源ユニットを示す説明図
【符号の説明】
１      光源装置
２      光源ユニット
３      光学系部
４      超高圧水銀放電ランプ
５      凹面反射鏡
５ａ    頂部
５ｂ    前面開口部
６      前面ガラス
６ａ    ランプバルブ側端面
６ｂ    光出射側端面
７      開口部
８      突起状部
８ａ    先端面
９      開口側端部
１０    インテグレータレンズ
１１    偏光変換素子
１２    集光レンズ
１３    コンデンサーレンズ
１４    空間変調素子
１５    投射レンズ
１６    基準面
１７    突起状部
２０    リード線
２１    金属箔
２２    陰極
２３    陽極
２４    バルブ部
２５    外部リード
２６    口金部
２７    封止部
２８    水銀
３１    ピン
３２    保持具
８２    光源ユニット
８４    超高圧水銀放電ランプ
８５    凹面反射鏡
８６    前面ガラス
８６ｂ  光出射側端面
８７    開口部
８８    突起状部
８９    突起状部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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