(57)【要約】【課題】別の部材を設けることなく高圧放電ランプおよび反射鏡を冷却するとともに、別の部材による浮遊容量を低減して高圧放電ランプの始動性を確保する光源ユニットおよび反射鏡を提供すること。【解決手段】光源ユニット１０００は高圧放電ランプ１１００および反射鏡１２００から構成され、反射鏡１２００は高圧放電ランプ１１００が取り付けられるネック部１２２と反射部１２０とを有しこれらは一体成形されている。さらに、ネック部１２２には通気孔１２６が形成されている。この構成により、高圧放電ランプ１１００および反射鏡１２００を効果的に冷却できるとともに、高圧放電ランプ１１００の始動性を確保することができる。【選択図】  図１
2004179155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の両端から延在した第１および第２の封止部とを有するダブルエンド型の高圧放電ランプと、
前記高圧放電ランプから発せられる光を反射する反射鏡と
から構成された光源ユニットであって、
前記反射鏡は、前記光を反射する反射部と、前記光の出射方向側に設けられた広開口部と、前記高圧放電ランプを固定するため狭開口部が設けられたネック部とを備えていて、前記反射部と前記ネック部とは一体成形されており、
前記高圧放電ランプの前記第１の封止部は、前記反射鏡の前記狭開口部に挿入され前記ネック部に固定されており、
前記ネック部には、前記狭開口部と連通している通気孔が設けられている、光源ユニット。
【請求項２】
前記通気孔は、前記ネック部に少なくとも１箇所設けられており、前記通気孔はいずれもランプ水平点灯時に鉛直下側に配置されている、請求項１に記載の光源ユニット。
【請求項３】
前記通気孔は、スリット又は円形の孔である、請求項１に記載の光源ユニット。
【請求項４】
前記広開口部には、前面ガラスが設けられている、請求項１に記載の光源ユニット。
【請求項５】
高圧放電ランプから発せられる光を反射する反射鏡であって、
前記光を反射する反射部と、出射方向側に設けられた広開口部と、前記高圧放電ランプを固定するため狭開口部が設けられたネック部とを備えていて、前記反射部と前記ネック部とは一体成形されており、
前記ネック部には、前記狭開口部と連通している通気孔が設けられている、反射鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプを備えた光源ユニットおよびそれに使用する反射鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタやＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）プロジェクタなど画像投影装置用の光源ユニット（以下、光源ユニットと呼ぶ。）では、その光源としてメタルハライドランプや高圧水銀ランプなどの高圧放電ランプが用いられる。光源ユニットは、これらの高圧放電ランプから放射される可視放射をできる限り有効に活用するために、高圧放電ランプの発光管を取り囲むように発光管の外側に放物面や楕円面の反射鏡を設けた構成とするのが一般的である。
【０００３】
近年、この種の光源ユニットは、小型になってきている。光源ユニットが小型化すると、光源ユニットは高圧放電ランプの発光管からの熱の影響を大きく受ける。そのため、発光管が失透して光出力が低下したり、高圧放電ランプの封止部において外部リード線と金属箔とが酸化し、これがもとで発光管がリークする場合がある。また、発光管の最冷部の温度が非常に高くなると分光パワー分布が変化し色特性が悪くなることがある。さらに反射鏡の温度が非常に高温になると、反射鏡に蒸着した多層蒸着膜が剥がれる場合がある。このように光源ユニット内の温度が高くなることによって生じるいろいろな熱的な障害を防止するために、これまで対策が行われ、開示されてきた。
【０００４】
光源ユニットにおける熱的な障害を防止する従来の方法は、対流により高圧放電ランプや反射鏡を冷却する方法である。具体的には、特許文献１に示されているように、凹面反射鏡の前面近傍の開口部から空気が反射鏡内に吸引されて、反射鏡内部を流れて反射鏡首部に形成された開口部から排出される空気の流れによる冷却する方法か、あるいは、その逆方向の空気の流れによる冷却する方法である。
【特許文献１】特開２００１−３０７５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示された従来の光源ユニットでは、首部（本願では「ネック部」に対応）に空気の通り道となる開口部を形成するために、放電ランプや反射鏡の他に、首部に放電ランプを保持するためにベース部品を備える必要がある。これにより部品点数が増えてコストが増大するので好ましくない。
【０００６】
さらに、放電ランプを反射鏡に固定するには多量のセメントを使用する。首部にベース部品を取り付けた場合、このセメントとベース部品とにより首部近傍の浮遊容量が増大し、放電ランプ始動時に始動パルスが効果的に放電ランプに印加されず、放電ランプが始動しにくくなるという問題を本願出願人らは見出した。この問題は、本願出願人らが初めて見つけたものである。
【０００７】
本発明は、ベース部品を設けることなく高圧放電ランプおよび反射鏡を冷却するとともに、高圧放電ランプの良好な始動性を確保する光源ユニットおよび反射鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光源ユニットは、内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の両端から延在した第１および第２の封止部とを有するダブルエンド型の高圧放電ランプと、前記高圧放電ランプから発せられる光を反射する反射鏡とから構成された光源ユニットであって、前記反射鏡は、前記光を反射する反射部と、前記光の出射方向側に設けられた広開口部と、前記高圧放電ランプを固定するため狭開口部が設けられたネック部とを備えていて、前記反射部と前記ネック部とは一体成形されており、前記高圧放電ランプの前記第１の封止部は、前記反射鏡の前記狭開口部に挿入され前記ネック部に固定されており、前記ネック部には、前記狭開口部と連通している通気孔が設けられている。
【０００９】
ある好適な実施形態において、前記通気孔は、前記ネック部に少なくとも１箇所設けられており、前記通気孔はいずれもランプ水平点灯時に鉛直下側に配置されている。
【００１０】
ある実施形態において、前記通気孔は、スリット又は円形の孔である。
【００１１】
ある実施形態において、前記広開口部には、前面ガラスが設けられている。
【００１２】
本発明の反射鏡は、高圧放電ランプから発せられる光を反射する反射鏡であって、前記光を反射する反射部と、出射方向側に設けられた広開口部と、前記高圧放電ランプを固定するため狭開口部が設けられたネック部とを備えていて、前記反射部と前記ネック部とは一体成形されており、前記ネック部には、前記狭開口部と連通している通気孔が設けられている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光源ユニットに用いる反射鏡のネック部に通気孔を設けたことにより、別の部材を設けることなく高圧放電ランプおよび反射鏡を冷却できるとともに、別の部材を用いることによる浮遊容量の増加が生じないため高圧放電ランプの良好な始動性を確保する光源ユニットおよび反射鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡素化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光源ユニット１０００を示す図である。図１（ａ）は、光源ユニット１０００をネック部１２２側から見た模式図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。
【００１６】
本実施形態の光源ユニット１０００は、高圧放電ランプ１１００と、この高圧放電ランプ１１００から発せられる光を反射する反射鏡１２００とを備えている。
【００１７】
高圧放電ランプ１１００は、石英製の発光管１００と発光管１００から延在する石英製の第１および第２の封止部１０２ｂ，１０２ａとから構成されている、いわゆるダブルエンド型の放電ランプである。発光管１００は中空であって、内径５ｍｍ、容量０．０８ｃｃであり、２つの封止部１０２ａ，１０２ｂも含めた全長は５５ｍｍである。封止部１０２ａ，１０２ｂは略円柱形である。発光管１００の内部には、発光物質として、１６ｍｇの水銀と２０ｋＰａのアルゴンとが封入されている（図示せず）。従ってこの高圧放電ランプ１１００は高圧水銀ランプである。
【００１８】
高圧放電ランプ１１００には、一対の電極１０４ａ，１０４ｂが発光管１００の内部に位置するように設けられており、これらの先端間距離は１．０ｍｍである。一対の電極１０４ａ，１０４ｂの発光管１００内に存する先端とは反対側の端部は、それぞれモリブテンからなる金属箔１０６ａ，１０６ｂの一方の端部に電気的に接続されており、金属箔１０６ａ，ｂの他方の端部は外部リード線１０８ａ，１０８ｂと電気的に接続されている。また、電極１０４ａ，１０４ｂの一部と金属箔１０６ａ，１０６ｂと外部リード線１０８ａ，１０８ｂの一部とは、封止部１０２ａ，１０２ｂ内にそれぞれ埋設され、石英によって封止されている。反射鏡１２００の広く開口した広開口部１２４側に配置された第２の封止部１０２ａから出ている外部リード線１０８ａは、引出線１１０に電気的に接続されており、引出線１１０は反射鏡１２００に設けられた貫通孔１２８を通って反射鏡１２００の外部に引き出されている。
【００１９】
反射鏡１２００は、高圧放電ランプ１１００からの光を反射する反射部１２０と、光の出射方向側に設けられた広開口部１２４と、高圧放電ランプ１１００を固定するため狭開口部１２５が設けられたネック部１２２とを備えている。反射鏡１２００は、肉厚５ｍｍの硼珪酸ガラス製であって、反射部１２０とネック部１２２とは硼珪酸ガラスによって連続的に形成されており、すなわち一体成形されている。反射部１２０の広開口部１２４の直径は４５ｍｍであり、反射部１２０の内面には、酸化チタン（ＴｉＯ2）と酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の多層蒸着膜が施してある。また、反射部１２０の形状は、反射鏡１２００の開口部１２４から出た光をどのように利用するかによって、回転放物面や回転楕円面が適宜選択される。ネック部１２２は円筒形であって、ここではこの中空部分も含めて狭開口部１２５としている。また、広開口部１２４には前面ガラス１５０が設けられている。前面ガラス１５０を設けることにより、発光管１００が割れた場合に発光管１００の破片が光源ユニット１０００外に飛散することを抑制できる。特に発光管１００内の封入物の点灯時の動作圧力が１００気圧以上である場合には、前面ガラス１５０による飛散防止の有効性は高い。
【００２０】
高圧放電ランプ１１００と反射鏡１２００とを固定するために、ネック部１２２の狭開口部１２５に第１の封止部１０２ｂを差し込んでいる。ここで、第１の封止部１０２ｂの径は、狭開口部１２５の内径よりも小さく、第１の封止部１０２ｂと狭開口部１２５の内壁との間には隙間が生じる。従って、この隙間にセメント１３０を流し込むことで高圧放電ランプ１１００と反射鏡１２００とを固定している。
【００２１】
ネック部１２２の孔の挿通方向の中央付近には、２つの通気孔１２６、１２６が開いており、上記セメントはこれらの通気孔１２６，１２６を塞がない程度にネック部１２２の後端側に流し込まれている。この通気孔１２６，１２６はスリットであり、図１（ｂ）のＡ方向の長さは５ｍｍであって、Ａ方向に直交する幅は３ｍｍである。また、通気孔１２６，１２６は、図１（ｂ）の上、下方向に１つずつ設けられている。なお、「通気孔」とは、ネック部１２２に直接加工することによって設けられたものであって、他の部材によって構成されたものではない。つまり本実施形態は、特許文献１に記載されているようにネック部１２２に空気の通る孔を設けるためにネック部１２２とは別の部材をネック部１２２に取り付けてものではなく、空気の通る孔を反射鏡の一部であるネック部１２２そのものに設けている。
【００２２】
以下に本実施形態の光源ユニット１０００を運転させたときの熱的作用について説明する。
【００２３】
光源ユニット１０００の高圧放電ランプ１１００が定常点灯状態になると、発光管１００の周辺、特に発光管１００の上面部の温度がもっとも高くなり、これについで反射鏡１２００の上面部および封止部１０２ａ、１０２ｂの温度が高くなる。この場合、スリットである通気孔１２６，１２６をネック部１２２に設けたことにより、反射鏡１２００の外側から冷たい空気が通気孔１２６，１２６を通して反射鏡１２００内に入り、反射鏡の上面部に設けられた貫通孔１２８を通して反射鏡１２００内、特に発光管の周辺の高温の空気が反射鏡１２００の外に放出される。
【００２４】
本実施形態の構成にすることにより、ネック部１２２に設ける通気孔１２６を別の部材を設けずに簡単な構成で実現することができ、従来の別部材によって形成された通気孔と同様に、反射鏡１２００内部を効率良く冷却して高温による上述した種々の不具合が発生することを防止する効果が得られることを確認した。
【００２５】
さらに驚くことに、別の部材をネック部１２２に設けないことにより、本実施形態の光源ユニット１０００は始動特性が向上することがわかった。このことを以下に説明する。
【００２６】
空気の通る孔を設けるために、ネック部１２２に別の部材を取り付けた場合（別の部材とは、例えば、通気孔が空いたセラミック製の器であり、ネック部１２２を覆うように形成されたもの）は、１８ｋＶのパルス電圧を印加しても１００回に３回は始動しないことがあった。一方、別の部材がない場合には、１８ｋＶよりも低い１０−１５ｋＶのパルス電圧を印加する１００回の始動テストにおいて、すべて正常に始動し点灯した。これは、別部材があると、その部材とランプの封止部１０２ｂとの間が擬似的なコンデンサになり、このコンデンサを通じてパルス電圧がリークして電極１０４ａ，１０４ｂ間の電圧が減衰するためであると考える。一方、別部材を設けないネック部１２２のみの本実施形態の場合は、擬似的なコンデンサの容量が小さくなり、比較的にパルス電圧の減衰が小さいため低電圧のパルス電圧でも確実に始動すると考える。つまり、別部材を用いて通気孔を設けた場合に比べて、別部材を用いず反射鏡１２００の一部であるネック部１２２に直接通気孔１２６を設けた場合の方が始動時のパルス電圧をより低電圧にしても、より確実に高圧放電ランプを始動させることができるのである。
【００２７】
以上述べたように、光源ユニットに用いる反射鏡１２００のネック部１２２に通気孔１２６を設けたことにより、別の部材を設けることなく高圧放電ランプ１１００および反射鏡１２００を効果的に冷却できるとともに、高圧放電ランプ１１００の良好な始動性を確保できる光源ユニット１０００および反射鏡１２００を提供することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態１では、通気孔１２６の数を２個としたが、これは一実施例に過ぎず、この数に限定されない。例えば、高圧放電ランプ１１００の第１の封止部１０２ｂを反射鏡１２００のネック部１２２に固着したときに、高圧放電ランプ１１００が抜け落ちたりぐらついたりすること無しに保持される強度を確保できれば、通気孔の数は３つあるいは４つ以上であっても構わない。
【００２９】
また、通気孔１２６の長さや幅も、高圧放電ランプ１１００の保持強度が十分確保できれば実施形態１の長さや幅に限定されるものではない。また、通気孔１２６の形状をスリットとしたが、通気孔１２２の形状は特に限定されず、高圧放電ランプ１１００を冷却するのに十分な外気を流し込めるだけの寸法があれば同様な効果が得られる。なお、通気孔１２６が、開口面に現れている形状が円形状である円形の孔の場合は、孔開け加工が容易であるので好ましい。
【００３０】
さらに、光源ユニット１０００の冷却をより効率的に行うために、反射鏡１２００の反射部１２０に通風孔を設けてもよい。この場合、出射される光量が減少しないように通風孔の大きさは小さい方が良いが、冷却効率との関係上それぞれの光源ユニットによって最適の大きさ、形状、位置が異なる。なお、通風孔は反射部１２０の上部に設けると冷却効率が良くなるので好ましい。
【００３１】
また、本実施の形態１では、高圧水銀ランプを使用したが、他の放電ランプであるメタルハライドランプやキセノンランプ、フィラメントを持つハロゲンランプであっても構わない。
【００３２】
（実施の形態２）
図２に本発明の光源ユニットの他の実施形態の示す。図２（ａ）は、光源ユニット１００１をネック部１２２側から見た模式図を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ方向から見た模式図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図である。なお、図２（ｂ）では、図面の理解を助けるために突起部３００を記載せず、通風口１２６のみ記載している。
【００３３】
本実施形態では、実施形態１と比較して、第１の封止部１０２ｂに突起部３００が形成されている点、通気孔１２６がネック部１２２の後端まで延びている即ちネック部１２２後端から光の出射方向へ延びた切り込みである点で相違するが、他の構成は実施形態１と同様である。なお、ネック部１２２の後端とは、ネック部１２２の反射部１２０との接続部とは反対側の端部である。
【００３４】
高圧放電ランプ１１０１の第１の封止部１０２ｂには、略円柱形の本体部分から突出した石英からなる板形状の突起部３００が形成されている。この突起部３００は、封止する際にまだ封止部１０２ｂが軟化しているときに型等で押し形成して形成される。また、別の形成方法としては、炭酸ガスレーザで第１の封止部１０２ｂを削って形成する方法を挙げることができる。なお、突起部３００は、板形状に限定されず、棒形状や棒形状の角がなまった山形状であっても良い。高圧放電ランプ１１０１はネック部１２２から広開口部１２４に向かって差し込まれ、突起部３００は、反射鏡１２０１のネック部１２２に設けられた、ネック部１２２の広開口部１２４とは反対側までの端部まで延びてコの字形になっている通気孔１２６に嵌合するように配置されるが、高圧放電ランプ１１０１を冷却するのに十分な外気を流し込む程度の通気孔１２６が確保できる程度の位置に突起部３００は配置されている。
【００３５】
本実施形態では、突起部３００でネック部１２２に高圧放電ランプ１１０１を固定することにより、高圧放電ランプ１１０１と反射鏡１２０１との取り付け強度を向上させつつ、かつ、さらに通気孔１２６をネック部１２２に設けることにより、別の部材を設けることなく高圧放電ランプ１１０１および反射鏡１２０１を冷却するとともに、別の部材による浮遊容量を低減して高圧放電ランプ１１０１の始動性を確保する光源ユニット１００１および反射鏡１２０１を提供することができる。また、セメント１３０によらなくても固定ができるので、工程数が少なくなりコストを下げられる。なお、さらに固定強度を増すためにセメントを使用してもよい。
【００３６】
（実施の形態３）
本実施形態の光源ユニット１００２は、図３に示すように、反射鏡１２０２のネック部１２２に通気孔１２６を一つだけ設けている点および前面ガラスが設けられていない点が実施形態１とは異なっている。本実施形態における通気孔１２６は、第１の封止部１０２ｂを水平にしたときにその下方に設けられている。このように通気孔１２６を設けると、反射鏡１２０２の外側から冷たい空気が通気孔１２６を通して反射鏡１２０２内に入り、反射鏡１２０２内、特に発光管１００の周辺の高温の空気と混ざり合って反射鏡１２０２前面の広開口部１２４から反射鏡１２０２の外に放出される。前面ガラスが設けられてないため、空気の流れが良くなり冷却効率が向上する。また、通気孔１２６がネック部１２２下部に一つ設けられているだけでネック部１２２上部には無いので、外部から通気孔１２６を通して入った冷たい空気が上側の通気孔からすぐに抜けてしまい光源ユニットの冷却にほとんど寄与しない、という事態は生じない。
【００３７】
本実施形態では、ネック部１２２には通気孔１２６を一つだけ設けているが、複数設けても構わない。この場合、通気孔１２６は高圧放電ランプ１１０２を水平にして点灯したときに、ネック部１２２の鉛直下側に配置される。本実施形態の光源ユニット１００２は、使用時には高圧放電ランプ１１０２は水平配置となっており、また反射鏡１２０２の上下関係も定まっているため、通気孔１２６の下側配置は容易に行うことができる。なお、このことを別の言葉でいうと、第１の封止部１０２ｂの延在方向と平行であって且つ前記ネック部１２２内を通る所定の１本の線１８０の近傍にのみ通気孔１２６を設ける。所定の１本の線１８０とは、ネック部１２２の最下部を通る第１の封止部１０２ｂの延在方向と平行な線であって、この近傍にのみ通気孔１２６を設けるとは、第１の封止部１０２ｂを水平にした場合にネック部１２２の下部にのみ通気孔１２６を設けるということである。
【００３８】
このように通気孔１２６を設けると対流によって外部の空気が容易に通気孔１２６を通って光源ユニット１０００内部に入るので、効率的に冷却を行うことができる。なお、本実施形態の場合（通気孔１２６が一つのみ）も、第１の封止部１０２ｂの延在方向と平行であって且つ前記ネック部１２２内を通る所定の１本の線１８０の近傍にのみ通気孔１２６を設けているといえる。
【００３９】
また、反射鏡１２０２に高圧放電ランプ１１０２を固定する際にセメント１３０を用いるが、セメント１３０は硬化するまでに少し流れてしまって通気孔１２６を一部塞いでしまう可能性がある。しかし本実施形態では、セメント１３０を用いた固定を行う場合、通気孔１２６を上側に向けて、つまり図３に示された状態の上下を逆にしてセメント１３０を硬化させれば、セメント１３０は通気孔１２６に流れ込むことはなく、通気孔１２６を塞ぐこともない。
【００４０】
なお、開口部１２４に前面ガラスを設けた場合でも、貫通孔１２８または反射鏡１２０２の反射面に設けた通風孔から空気が外に流出するため冷却の効果はある。
【００４１】
以上説明した実施形態１から３のいずれかにおいて、光源ユニットの外部に強制風通するファンをさらに設けると冷却効果が上がることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上説明したように、本発明に係る光源ユニットおよび反射鏡は、簡単な構造で優れた冷却効果と良好な始動性を有し、液晶プロジェクタやＤＭＤプロジェクタなどの画像投影装置用の光源ユニットおよび反射鏡等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）は、実施形態１に係る光源ユニットをネック部側から見た模式図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）は、実施形態２に係る光源ユニットをネック部側から見た模式図であり、（ｂ）は、Ｂ方向から見た模式図であり、（ｃ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】実施形態３に係る光源ユニットの模式断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０００            光源ユニット
１００１            光源ユニット
１００２            光源ユニット
１１００            高圧放電ランプ
１１０１            高圧放電ランプ
１１０２            高圧放電ランプ
１２００            反射鏡
１２０１            反射鏡
１２０２            反射鏡
１００              発光管
１０２ａ            第２の封止部
１０２ｂ            第１の封止部
１０４ａ，１０４ｂ  電極
１０６ａ，１０６ｂ  金属箔
１０８ａ，１０８ｂ  外部リード線
１１０              引出線
１２０              反射部
１２２              ネック部
１２４              広開口部
１２５              狭開口部
１２６              通気孔
１２８              貫通孔
１３０              セメント
１５０              前面ガラス
３００              突起部
【図１】
2004179155.tif 000003
【図２】
2004179155.tif 000004
【図３】
2004179155.tif 000005