(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管と周囲に飛散し得る材質で構成されると共に熱応力による歪み割れが発生し得る材質で構成されたリフレクターとを備えた光源装置であって、前記リフレクターは熱応力による歪み割れの発生を防止するために必要十分な厚さを備えており、
前記リフレクターの後方の位置にカバーガラスが空隙を設けてその両端が前記リフレクターの外面に固定されていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
発光管と周囲に飛散し得る材質で構成されると共に熱応力による歪み割れが発生し得る材質で構成されたリフレクターとを備えた光源装置であって、前記リフレクターは熱応力による歪み割れの発生を防止するために必要十分な厚さを備えており、
前記リフレクターの後方の位置にカバーガラスが空隙を設けてその両端が前記リフレクターの外面に固定されていると共に、
前記カバーガラスの内面に可視光を選択的に反射する反射膜を備えた光源装置。
【請求項３】
前記リフレクターが楕円反射鏡であるときは、カバーガラスも楕円反射鏡とし、両者の第１焦点が前記発光管の発光点と一致すると共に、前記リフレクター及びカバーガラスによって集光される点が第２焦点とも一致するように、配置されていることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
前記リフレクターが放物面反射鏡であるときは、カバーガラスも放物面反射鏡とし、両者
の焦点が発光管の発光点と一致するように配置されていることを特徴とする請求項２記載
の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロジェクターの光源等の用途に好適なリフレクター付高圧放電ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の放電ランプは高輝度を得るために点灯中の発光管内部の蒸気圧が２００気圧以上にも達する。このため、なんらかの原因により発光管内部の温度が高くなると発光管の内圧が高まって破裂しやすい。この種の高圧放電ランプには、通常リフレクターと呼ばれる凹面状の反射鏡（以下、本明細書では、「リフレクター」という。）を備えたものが一般的である。このリフレクターの部材は「硼珪酸ガラス」が用いられるのが一般的である。
【０００３】
このようなリフレクター付高圧放電ランプを液晶プロジェクターやプロジェクションテレビなどの機器に取り付けて使用した場合、ひとたび高圧放電ランプが破裂すると発光管の破片がリフレクターに衝突して割れ（クラック）や欠けが発生したり、反射鏡の破片がさらに機器の部材に損傷を与えるおそれがある。
【０００４】
そこで、ランプが破裂しても、リフレクターにクラックや欠けが発生しないように、リフレクターの外面に耐熱性有機系被膜を施した投影装置用光源が知られている（特許文献１）。
【０００５】
また、割れにくいリフレクターの材質として、耐熱性及び機械的強度に優れる結晶化ガラスを用いることで、万一高圧放電ランプが破裂した場合でも被害を最小限に抑えることができるという方法も知られている（特許文献２）。
【０００６】
また、リフレクター基材に金属材料を配置させることで、高圧放電ランプが破裂した場合に生じるリフレクターの破壊を防止する方法も知られている（特許文献３）。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−４７３２７号公報
【特許文献２】特公平７−９２５２７号公報
【特許文献３】特開２００４−３５４４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１記載のように、耐熱性有機被膜を施したとしても、耐熱性有機被膜としてフッ素系樹脂を用いた場合は２６０℃程度しかもたないため、ランプの定格電力は高々２００Ｗ程度が限界である。一方、耐熱性有機被膜としてポリイミド系被膜を用いれば、４００℃程度まで耐熱性は向上するが、ポリイミド系樹脂は高価であるため、製造コストが割高となるおそれがある。
特許文献２記載のように、結晶化ガラスを用いた場合、結晶化ガラスは硼珪酸ガラスと比較すると内面精度が悪いため、明るさの点で不利であるといわれる。また、安価な硼珪酸ガラスと比べて一般に結晶化ガラスは高価であるため、製造コストが割高となるおそれがある。
特許文献３記載のように、金属材料を用いた場合、リフレクター基材の後方に透過した赤外線が前方に再出射され光学ユニットの樹脂部を傷めるだけでなく、光学パーツ（レンズ、フライアイ、ライトパイプ等）にもダメージを与えてしまう。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、リフレクター付高圧放電ランプにおいて、万一高圧放電ランプが破裂した場合でも、反射鏡の部材が周囲に飛散することを防止することを主たる技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光源装置は、発光管１と周囲に飛散し得る材質で構成されると共に熱応力による歪み割れが発生し得る材質で構成されたリフレクター２とを備えた光源装置１０であって、リフレクター２は熱応力による歪み割れの発生を防止するために必要十分な厚さを備えており、リフレクター２の後方の位置にカバーガラス４が空隙Ｓを設けてその両端がリフレクター２の外面に固定されていることを特徴とする。
このような構成によると、万一発光管が破裂してリフレクターにクラックが入っても、カバーガラスがリフレクターの破片が飛散することを防止することができる。
【００１１】
このとき、リフレクター２の厚みを薄くして、内面と外面の温度差を小さくすることが好ましい。従来、カバーガラスを備えていない場合には、リフレクター２の強度を大きくするためにリフレクターを厚くする必要があったが、そうすると内面側すなわち発光管側と外面側の温度差が大きくなり、却ってクラックが発生し易い状態となっていた。ところが、カバーガラス４を設けることによって耐熱性と機械的強度が担保されるため、結果的にリフレクター２の厚みを薄くすることができるようになる。リフレクターは硼珪酸ガラスを用いた場合、高圧放電ランプの定格電力３００Ｗとしても、厚みが例えば３．５ｍｍ以下にすることができる。
【００１２】
さらに、カバーガラス４の内面に可視光を選択的に反射する反射膜を備えるようにしてもよい。ここで、「可視光を選択的に反射」とは、赤外光など可視光以外の光は反射せず、実質的に可視光のみを反射するとの意味である。これは、リフレクターは内面側の表面に多層膜を設けることで容易に実現できる。なお、「可視光」とは波長が概ね３８０ｎｍ乃至７８０ｎｍの光を指し、「赤外光」とは、波長が概ね７８０ｎｍ以上の光を意味する。
【００１３】
この場合、リフレクター２が楕円反射鏡であるときは、カバーガラス４も楕円反射鏡とし、両者の第１焦点ｆ１，Ｆ１が発光管１の発光点Ｐと一致すると共に、リフレクター２及びカバーガラス４によって集光される点が第２焦点ｆ２，Ｆ２とも一致するように、配置することが好ましい。或いは、リフレクター２が放物面反射鏡であるときは、カバーガラス４の表面も放物面とし、両者の焦点ｆ３，Ｆ３が発光管１の発光点Ｐと一致するように配置することが好ましい。
このような構成によると、リフレクター２で反射されることなく透過した光がカバーガラス４で反射され、再びリフレクターの第２焦点に集光されるため、これまで無駄になっていた光をいわば再利用することになり、光の利用効率が高められる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、万一発光管が破裂してその破片がリフレクターに衝突してもリフレクターにクラックや欠けが生じにくくなる。万一リフレクターにクラックが入ったとしても、カバーガラスが設けられていることによって、その破片が飛散しにくく、機器を破損しにくい。
【００１５】
また、カバーガラスに反射膜を設け、かつその取付位置を調整することで光の利用効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明に係る光源装置１０の一例を示す正面図を示している。この光源装置１０は発光管１とリフレクター２とを備えている。発光管１は、内部に水銀が０．２［ｍｇ／ｍｍ３］以上封入され、中央部に一対の電極が対向配置されている。また、リード線３ａとトリガーワイヤー３ｂを備えている。発光管１の電極に所定の電力を印加し、放電を開始すると発光する。なお、この実施形態で示す高圧放電灯の発光管１は、直流方式であるが、交流方式であってもよい。
【００１７】
リフレクター２の材質には、安価な硼珪酸ガラスを用いることができる（結晶化ガラスを用いてもよいが高価である）。硼珪酸ガラスは内面と外面の温度差が１８０℃以内でないと熱応力が発生して歪み割れすることが知られている。温度差１８０℃以内を実現する厚さは、約３．５ｍｍであるとされている（ちなみに、３．６ｍｍの場合スペックを１０℃程度オーバーするといわれている）。この意味において、リフレクター２の熱応力による歪み割れが発生しない厚さ（３．５ｍｍ以下）とすることが必要である。ちなみに、下限値はガラス成形上の観点から、最低でも１．８ｍｍ程度は必要である。いずれにせよ、熱応力による歪みで割れない程度の厚みであればよい。
【００１８】
リフレクター２は内面側の表面に多層膜が設けられ、これが反射膜として機能する。これにより、発光管１から発せられた光のうち、可視光を約９５％乃至９８％反射して約９５％の赤外光を透過する。なお、このパーセンテージは、発せられた光全体を１００％としているのではなく、それぞれの領域において１００％という意味である（以降の実施形態でも同様）。このように、リフレクターの内面は凹面反射鏡となっており、その曲面は用途に応じて回転楕円面となっている場合と、回転放物面となっている場合とがあるが、本実施形態では、特に限定されない。
【００１９】
図１（ｂ）は、この光源装置１０の左側面図を示している。また、図２（ａ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図を示している。これらの図に示すように、本発明に係る光源装置１０のリフレクター２の後方には、「カバーガラス４」という部材が外挿固定されている。また、発光管１は一対の電極１１が対向して設置された発光部１２と封止部１３より構成されている。
【００２０】
カバーガラス４はレフ形状に加工できる硬質ガラスであればその材質は特に限定されない。発光管１はランプホルダー５により支持されてリフレクター２及びカバーガラス４に覆われてなる。接着剤６により発光管１とランプホルダー５がリフレクター２に接合され、電線７及びリード線３ａを介して発光管１に電力が供給される。
【００２１】
図２（ｂ）は、リフレクター２とカバーガラス４の位置関係を示す拡大断面図である。この図に示すように、カバーガラス４は、リフレクター２と完全に密着している訳ではなく、両者の曲率の違いに基づいて、わずかな空隙Ｓが設けられている。発光管の破裂によってリフレクター２に大きな機械的衝撃が生じてもこの空隙Ｓが緩衝となり、衝撃がカバーガラス４まで伝わらない構成となっている。
【００２２】
リフレクター２とカバーガラス４との固定手段は特に問わないが、例えば耐熱性の無機接着剤などで固定すればよい。
図２（ｂ）における８ａ，８ｂは、耐熱性の無機接着剤を表している。但し、上述の通り空隙Ｓは緩衝スペースであるので、空隙Ｓの部分には、接着剤を塗布することは好ましくない。また、リフレクター２とカバーガラス４の位置決めのために、リフレクター２の背面部に等間隔に３箇所、位置決め用の突起部９（９ａ，９ｂ，９ｃ）が設けられている。この突起部９は、本実施形態では必須の構成ではないが、後述する第２又は第３の実施形態ではリフレクター２とカバーガラス４の位置関係を簡単に決定できるようにする上で重要な構成となる。なお、位置決め用の突起部の形状はこれに限らず、その他の態様、例えば全周に亘って形成されるような態様でもよい。本実施形態ではカバーガラスを２次反射鏡として用いる必要がないため、突起部９を設ける必要性は比較的小さい。
【００２３】
（第２の実施形態）
この実施形態及び第３の実施形態では、カバーガラスを２次反射鏡すなわちリフレクターの後方に散乱した光をカバーガラス４の表面で反射して再集光する態様について説明する。第２及び第３の実施形態では、カバーガラス４の表面に、可視光を選択的に反射して赤外光は透過する多層膜が設けられる。この多層膜が反射膜として機能する。
【００２４】
図３（ａ）は、本実施形態に係る光源装置に適用されるリフレクター２の斜視図を示している。図２（ｂ）で示した突起部９ａ、９ｂが現れている（９ｃは裏側にあり、この図では現れない。）。この突起部９により、リフレクター２の後方にカバーガラスを取り付けたとき、両者の中心軸（光軸）を確実に一致させることができる。カバーガラス４を２次反射鏡として用いる場合には、リフレクターとの位置関係が重要になるので、このような位置決め用突起部９を備えていると、精度よく短時間に組み立てることができる。
【００２５】
第２の実施形態では、リフレクターの凹面反射鏡が回転楕円面となっている場合（すなわちリフレクターが「楕円反射鏡」である実施態様）について説明する。このとき、カバーガラスの内面も回転楕円面として、リフレクターとカバーガラスの形状及び位置関係を以下のように設定する。
【００２６】
１．リフレクターの形状について
先ず、リフレクター２の形状について説明する。
図３（ｂ）は、リフレクター２の断面図に、ｘ−ｙ座標軸を記したものである。光軸がｘ軸と一致するように座標軸を設けている。リフレクター２の内面側の曲面は、光軸方向で切った断面が楕円曲線となる回転楕円面となっている。
【００２７】
この楕円の第１焦点をｆ１，第２焦点をｆ２とすると、この楕円曲線Ｃ１は、ｘ切片が３６ｍｍ、ｙ切片が２２．６２７４ｍｍとなっている。すなわち、この楕円曲線Ｃ１は、次のような楕円曲線の式１により、表される。
【数１】
0004638374.tif 000002
【００２８】
このとき、２つの焦点の座標は、ｆ１（−２８．０，０）、ｆ２（２８．０，０）と表される。そして、発光管１の最も明るい点Ｐ（これを「発光点」という。）が、第１焦点に一致するように、発光管１とリフレクター２の位置関係が決められる。
【００２９】
このとき、楕円曲面の一部をもつリフレクター２で反射した光は、第２焦点（ｆ２）に集光されるので、ここに、カラーホイール等の光学機器を設置するように設計される。
【００３０】
２．カバーガラスの形状及び位置関係について
次に、カバーガラス４の形状とその位置関係について説明する。
図４（ａ）は、カバーガラス４を前面側から見た正面図であり、図４（ｂ）はカバーガラス４の左側面図を示している。上述の通り、カバーガラス４は、リフレクター２の後方に設けられるものであるが、リフレクター２に設けられた位置決め用の突起部９ａ，９ｂ，９ｃにカバーガラスの前面端面が接するように固定する。
【００３１】
図４（ｃ）は、カバーガラス４の断面図（すなわち、図４（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図）に、ｘ−ｙ座標軸を記したものである。図３（ｂ）に示すように、リフレクター２が光軸方向で切った断面が楕円曲線となる回転楕円面である場合には、カバーガラス４の内面側の曲面もまた、光軸方向で切った断面が楕円曲線となる回転楕円面となっている。また、光軸（ｘ軸）がリフレクター２と一致するように設けられる。
【００３２】
この楕円の第１焦点をＦ１，第２焦点をＦ２とすると、この楕円曲線Ｃ２は、ｘ切片が３８．５ｍｍ、ｙ切片が２６．４ｍｍとなっている。すなわち、この楕円曲線Ｃ２は、次のような楕円曲線の数式２により、表される。
【数２】
0004638374.tif 000003
【００３３】
このとき、２つの焦点の座標は、Ｆ１（−２８．０，０）、Ｆ２（２８．０，０）と表される。そして、発光管１の最も明るい点Ｐ（これを「発光点」という。）が、第１焦点に一致するように、発光管１とカバーガラス４の位置関係が決められる。このとき、カバーガラス４で反射した光は、第２焦点Ｆ２に集光されるように構成される。
【００３４】
図５は、リフレクター２とカバーガラス４の楕円曲線を重ね合わせた図である（便宜上、リフレクターの外形形状を省略している）。このような位置関係でリフレクター２とカバーガラス４とを設置すると、リフレクター２で反射されずに透過した光がカバーガラス４で反射されて、その第２焦点Ｆ２に集光される。この意味において、リフレクター２を「１次反射鏡」とすれば、カバーガラス４は「２次反射鏡」として用いているということができる。カバーガラスの第２焦点Ｆ２はリフレクター２の第２焦点に集光されるので、光の利用効率を高められる。計算によると、リフレクター（１次反射鏡）から後方に約２％乃至５％の可視光と約９５％の赤外光が漏れるという。２次反射鏡としてのカバーガラス４では、この可視光のみを反射するような多層膜とすることにより、従来無駄になっていた約２％乃至５％の光をリフレクター２の２次焦点に再集光できるので、光の利用効率を約２％乃至５％向上させることができる。
【００３５】
ちなみに、約２％乃至５％の可視光とはいえ、数千時間乃至数万時間使用されるフロントプロジェクターやリアプロジェクションテレビ等においては、ランプハウスやカラーホイール等の光学ユニットを構成する樹脂部の経時変化（炭化など）や、樹脂部が高温になることによる火災の原因ともなりかねず、これらを防止すると共に光の利用効率をも高めることができる。
【００３６】
なお、本実施形態で説明した数値は一例にすぎないものであり、これに限定されないことは当然である。本実施態様の例のように、楕円曲線の式（式１、式２）は、第１及び第２焦点共に一致するように、ａ１，ｂ１及びａ２，ｂ２を選択することが好ましい。
【００３７】
なお、リフレクターを透過してカバーガラスに入射する光は、屈折率の違いにより光路がやや変化するのでこれを考慮してさらに正確に位置決めするとよい。
【００３８】
（第３の実施形態）
上述した第２の実施形態では、リフレクター２及びカバーガラス４が回転楕円面で構成されている態様を示したが、次に、回転放物面の場合（すなわちリフレクター及びカバーガラスが「放物面反射鏡」である場合の実施態様）について説明する。楕円曲線には２つの焦点があるが、放物線には焦点が一つしかない。そこで、発光点Ｐ（発光管１の最も明るい点）にリフレクター２及びカバーガラス４の焦点が一致するように設置するのである。
【００３９】
図６は、焦点を一致させて設置したリフレクター２とカバーガラス４の位置関係を示している（便宜上、リフレクターの外形形状を省略している）。この態様は特に、液晶プロジェクターなどに好適である。
【００４０】
すなわち、２つの放物線の式：
ｙ＝（１／４ｐ）・ｘ２                               ・・・（式３）
ｙ＝１／（４ｐ１）・ｘ２  ＋ｐ２    ・・・（式４）
においては、２つの焦点ｆ３（０，ｐ）、Ｆ３（０，ｐ２−ｐ１）が一致した位置に存在する（但し、ｐ２ は負の値である。）。
【００４１】
このとき、光軸で切った断面が式３で表される回転放物面の一部がリフレクター２と一致し、光軸で切った断面が式４で表される回転放物面の一部がカバーガラス４と一致するように設置する。
【００４２】
このようにすると、リフレクター２の後方に漏れたわずかな光をカバーガラスが再反射することで、光の利用効率を高めることができる。
【００４３】
なお、リフレクターを透過してカバーガラスに入射する光は、屈折率の違いにより光路がやや変化するのでこれを考慮してさらに正確に位置決めするとよい。
【００４４】
第２又は第３の実施形態ではカバーガラス４に多層膜が設けられ、これを２次反射鏡として用いた場合について説明したが、第１の実施形態のように２次反射鏡としての利用がなくても、リフレクター２のクラック等を防止するという効果を得ることについては、カバーガラス４をリフレクター２の後方に設けることが一定の効果を奏するものといえる。このため、例えば、カバーガラス４を多層膜ではなく、単なる透明なガラス等で構成する場合は、カバーガラス４を、２次反射鏡として利用をしない態様であるから、この場合、リフレクター２とカバーガラス４の位置関係を考慮する必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る光源装置は、発光管が破裂してもリフレクターのクラックや欠けを最小限に抑えることができるため、機器への損傷を防止することができる。
さらに、第２又は第３の実施形態で示したように、カバーガラスでリフレクター後方に漏れた光を所定の方向に再反射するように設置すると、さらに、光の利用効率をも高めることができる。
以上のように、本発明の産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１（ａ）は、本発明に係る光源装置１０の一例を示す正面図を示している。図１（ｂ）は、この光源装置１０の左側面図を示している。
【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図を示している。図２（ｂ）は、リフレクター２とカバーガラス４の位置関係を示す拡大断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本実施形態に係る光源装置に適用されるリフレクター２の斜視図を示している。図３（ｂ）は、リフレクター２の断面図に、ｘ−ｙ座標軸を記したものである。
【図４】図４（ａ）は、カバーガラス４を前面側から見た正面図であり、図４（ｂ）はカバーガラス４の左側面図を示している。図４（ｃ）は、カバーガラス４の断面図（すなわち、図４（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図）に、ｘ−ｙ座標軸を記したものである。
【図５】図５は、リフレクター２とカバーガラス４の楕円曲線を重ね合わせた図である。
【図６】図６は、焦点を一致させて設置したリフレクター２とカバーガラス４の位置関係を示している。
【符号の説明】
【００４７】
１  発光管
２  リフレクター
３ａ  リード線
３ｂ  トリガーワイヤー
４  カバーガラス
５  ランプホルダー
６  接着剤
７  電線
８ａ，８ｂ  接着剤
９（９ａ，９ｂ，９ｃ）  突起部
１０  光源装置
１１  電極
１２  発光部
１３  封止部
Ｏ  原点
Ｐ  発光点
ｆ１，Ｆ１  楕円曲線の第１焦点
ｆ２，Ｆ２  楕円曲線の第２焦点
ｆ３，Ｆ３  放物線の焦点 
【図１】
0004638374.tif 000004
【図２】
0004638374.tif 000005
【図３】
0004638374.tif 000006
【図４】
0004638374.tif 000007
【図５】
0004638374.tif 000008
【図６】
0004638374.tif 000009