(57)【要約】【課題】プロジェクター装置の小型化に対応できる光源装置を提供することである。【解決手段】この発明に係る光源装置は超高圧放電ランプ１と凹面反射鏡２から構成される。超高圧放電ランプ１は発光部１０と封止部１１からなり、凹面反射鏡２の頂部２１には剛性の金属製保持部材１６が取付られて、この剛性の金属製保持部材１６の一部に頂部に固定された封止部１１Ａから突出して伸びる給電用モリブデン製リード１５が直接接合される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超高圧放電ランプと凹面反射鏡から構成される光学装置において、
前記超高圧放電ランプは、石英ガラスからなる発光部と、この発光部の両端に連接された封止部と、前記発光部の内部に２．０ｍｍ以下の距離で対向配置した一対の電極と、前記発光部の中に封入された０．１６ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀とからなり、
前記凹面反射鏡は、前記超高圧放電ランプの少なくとも発光部を取り囲む略お椀型の反射部と、この反射部の頂部に形成されるとともに前記超高圧放電ランプの一方の封止部が挿入固定される頂部とからなり、
前記凹面反射鏡の頂部には、セラミックベースを介在させてもしくは直接、剛性の金属製保持部材が取付けられるとともに、この剛性の金属製保持部材の一部に前記頂部に固定された封止部から突出して伸びる給電用モリブデン製リードが直接接合されることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記金属製保持部材は全体形状が概略コ字型の薄板よりなり、各端部が前記凹面反射鏡の頂部に形成された溝部に適合していることを特徴とする請求項１の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はプロジェクター装置に使う光源装置に関し、特に、０．１６ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を封入したショートアーク型超高圧放電ランプと凹面反射鏡からなる光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクター装置の光源には、ショートアーク型放電ランプと凹面反射鏡を組み合わせた光源装置が使われる。
放電ランプは高い水銀蒸気圧を持った超高圧放電ランプが使用される。これは水銀蒸気圧を高くすることで、アークの広がりを抑えるとともに、より一層の演色性や光出力が向上できるからである。
凹面反射鏡は硼珪酸ガラスなどの材料を略お椀型にしたものが使われる。凹面反射鏡の頂部には、放電ランプを保持するためのセラミックスベースが取り付けられている。一方、放電ランプの発光部の両端には封止部が一体に連設されており、この封止管の先端に口金が取り付けられる。
そして、一方の封止部が凹面反射鏡の頂部開口に挿入し、セラミックスベースと接着剤で固定される。接着剤はセラミックスベースの内周面と口金の外周面に間に充填される。また、セラミックスベースと凹面反射鏡の外周面の間にも接着剤が充填される。
このような構成を示す先行文献として、例えば、特開２００２−１６３９２０号がある。
【０００３】
最近では、プロジェクター装置の小型化が強く要請される。このため、プロジェクター装置内における光源装置の配置スペースも制限されてしまい、また、密集した部品の中に光源装置が配置される。
【特許文献１】特開２００２−１６３９２０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プロジェクター装置の小型化に対応できる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】
【０００５】
上記課題を解決するために、この発明に係る光源装置は超高圧放電ランプと凹面反射鏡から構成される。超高圧放電ランプは、石英ガラスからなる発光部と、この発光部の両端に連接された封止部と、前記発光部の内部に２．０ｍｍ以下の距離で対向配置した一対の電極と、前記発光部の中に封入された０．１６ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀とからなる。凹面反射鏡は、前記超高圧放電ランプの少なくとも発光部を取り囲む略お椀型の反射部と、この反射部の頂部に形成されるとともに前記超高圧放電ランプの一方の封止部が挿入固定される頂部とからなる。そして、凹面反射鏡の頂部には、セラミックベースを介在させてもしくは直接に、剛性の金属製保持部材が取付られて、この剛性の金属製保持部材の一部に頂部に固定された封止部から突出して伸びる給電用モリブデン製リードが直接接合される。
【０００６】
上記構成によれば、放電ランプに口金を使わないため、光源装置全体の長さが短くなり、結果としてプロジェクター装置の小型化に対応した光源装置を提供できる。また、剛性の金属製保持部材を使うことから給電用リードとの接合部に機械的負荷が生ずることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は第一の発明である光学装置を説明するための概略構成図を示す。
光学装置は、ショートアーク型超高圧放電ランプ１（以後、単に「放電ランプ」ともいう）と、この放電ランプ１を取り囲む凹面反射鏡２より構成され、凹面反射鏡２の光軸Ｌと放電ランプ１のアーク方向がほぼ一致するとともに、放電ランプ１のアーク輝点が凹面反射鏡２の第一焦点に一致するよう配置される。
【０００８】
放電ランプ１の放電容器は、大略球状の発光部１０と、この発光部１０の両端に続くロッド状の封止部１１ａ、１１ｂにより構成されており、発光部１０内には、陽極３と陰極４が互いに対向配置している。放電ランプ１の陽極側封止部１１ａは凹面反射鏡２の頂部２１の開口に挿入される。凹面反射鏡２の頂部外周にはセラミックベース１４を取り付けられ、陽極側封止部１１ａの外周面と、凹面反射鏡２の頂部２１及びセラミックベース１２の内周面の間に接着剤１３が充填される。
【０００９】
封止部１１ａの先端からはモリブデン製給電リード１５が突出しており、剛性の金属製保持部材１６にハンダ溶接などで接合している。剛性の金属製保持部材１６には給電線１７が接合される。給電線１７の他端は給電装置（図示略）に接続される。なお、セラミックベース１４と凹面反射鏡２も接着剤で固定される。接着剤はアルミナシリカ系の無機接着剤などが採用される。また、封止部１１ｂ側のリードにも給電線が取り付けられて、反射鏡２の一部に設けた穴から外部に抜ける構造になるが、図においては省略している。
【００１０】
反射鏡２は全体が概略お椀状の楕円集光鏡であって、頂部２１と前面開口部２２より構成される。前面開口２２は光を放射するために必要であり、頂部２１にも放電ランプを取り付けるために開口が形成される。反射鏡２の内面には、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）とシリカ（ＳｉＯ２）の誘電体多層膜が形成されており、所望の波長を反射する機能を有するとともに、反射鏡２の焦点位置は放電ランプ１のアーク輝点に位置している。反射鏡の材質は、例えば、ホウケイ酸ガラスが採用されるが、アルニミウムなどの金属部材やセラムミックスなどで反射鏡を構成してもよい。反射鏡２の前面開口部２２には、例えば、ホウ珪酸ガラスなどからなる光透過性の前面ガラス２３が装着されている。この前面ガラス２３を設けることで反射鏡２の内部を密閉構造にできる。このため、万一、放電ランプ１が破損した場合などにおいて、破片が散乱することを防止できる。なお、前面ガラス２３は必須のものではなく、放電ランプを冷却する必要性が高い場合などにおいて前面ガラスを設けない構造も採用できる。さらに、前面ガラス２３は設けるが内部を完全に密閉構造をするのではなく、一部に冷却用開口を設けることもできる。
【００１１】
図２は光源装置であって凹面反射鏡の頂部を上方に配置した状態を示す。給電線は省略している。
図１と図２において、封止部１１ａから突出するモリブデン製給電リード１５（以下、単に「リード」ともいう）は、外部空間に露出しており、金属製保持部材１６に接合される。この構造が本願発明の特徴であり、この構造によってリード１５が動くことなく強固に保持される。
【００１２】
図３は本発明のリード保持構造を説明するため便宜上、本発明の範囲に含まれない構造を示す。
図においてリード１５と給電線１７を直接接続すると、給電線１７の引き回し応じて、リード１５も１５’、１５’’に示すように動いてしまう。このようなリード１５の動きは、封止部１１ａを破損させること、リード１５が折れること、モリブデン箔３２が酸化するなどの問題が発生する。
給電線１７の先端は、ソケットなどが装着されており、プロジェクター装置内に設置された給電機構と接続しなければならない。前記したように光源装置は、小型化が進むプロジェクター装置の内部に他の部品とともに密集状態で配置されるため、この接続作業は容易なものではない。また、小型化の要請から給電線も最小限の長さで設計されており、上記接続作業でリード１５に与える負荷ははかりしれないものとなる。
本発明者は、このような課題に基いて、リード１５を給電線と直接接続するのではなく、剛性の金属製保持部材１６に接続させる構造を発明したわけである。
【００１３】
ここで、封止部１１ａの先端からリード１５を露出して突出させるのではなく、口金を設ける構造も考えられる。従来例として紹介した特開２００２−１６３９２０号参照。
しかし、口金を設けると放電ランプの全長は必然的に長くなってしまい、リード１５に関する上記問題は発生しないものの、プロジェクター装置の小型化に対応できる光源装置を提供することができない。
【００１４】
本発明は、封止部１１ａの端部から露出して伸びるリード１５が露出後、短い距離において金属製保持部材１６で保持されることを特徴としている。
そして、金属製保持部材１６は、最も好ましい形態として、概略コ字型形状の薄板よりなり、各端部がセラミックベースに設けられた溝部１８に適合して固定される。
なお、給電線１７の取付（接合）位置は、図１に示す位置に限定されない。プロジェクター装置内部の給電ソケットの配置との関係で適宜最適な位置に設けることができる。また、ハンダ接合に限定されるものではなく、ネジ止めなどで固定することもできる。
【００１５】
図４は概略コ字型形状の薄板よりなる金属製保持部材１６の概略構成を示す。
（ａ）は図１および図２に示した金属製保持部材を示し、（ｂ）は他の実施例であってリードが貫通する穴１９を設けた構造を示す。
（ｂ）の場合は給電線用の穴を設けることでモリブデン製給電リードと金属製保持部材１６の接合も強固なものとできるという利点を有する。また、給電線用の穴を設けることで給電線と金属製保持部材１６の接合も強固なものとできる。
【００１６】
概略コ字型形状の薄板よりなる金属製保持部材について、数値例をあげると、図４（ａ）に示す長さ１６ａは、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲から選択できて、例えば１５ｍｍ、１６ｂは２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲から選択できて、例えば２５ｍｍ、１６ｃは、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲から選択できて、例えば３ｍｍ、１６ｄは１０ｍｍ〜２５ｍｍの範囲から選択できて、例えば２０ｍｍである。
【００１７】
また、金属製保持部材１６は、リード１５と給電線１７に挟まれて給電経路の一部を形成することから導電性材料でなければならない。また、リード１５を固定するだけの剛性を有するものでなければならない。金属製保持部材の材料としては、鉄、銅、アルミニウム、ニッケルなどを使うことができ、中でも、ニッケルが優れている。
【００１８】
リードについても説明すると、φ０．５ｍｍ程度のものであり、封止部１１ａから、例えば５ｍｍ程度露出して伸びている。なお、リードは通常モリブデンが採用される。これは耐熱性に優れているからである。
【００１９】
図５は剛性の金属製保持部材の他の実施例を示す。
（ａ）は保持部材１６がセラミックベースに装着されるリング部１６１と、細長の接合部１６２よりなる。この構造の利点はリング状の部分が放熱板となり、セラミックベース部や反射鏡の温度を下げることができる点である。なお、給電線はリング部１６１に接合されてもよいし、接合部１６２に接合されてもよい。
（ｂ）は保持部材１６が金属製キャップよりなる。金属製キャップは、セラミックスベース１４の外表面にほぼ適合しており、底面の中心にはリード１５が貫通する穴を有しておるリード１５が当該穴を貫通した状態でハンダなどで接合される。
【００２０】
ここで、放電ランプ１について説明する。図４は本発明の光源装置に使われる高圧放電ランプの全体構成を示す。
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、陰極３と陽極４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（１１ａ，１１ｂ）が形成され、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３１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３１の一端は陰極３あるいは陽極４が接合しており、金属箔３１の他端はリード１５が接合している。
陰極３の先端にはコイルが巻きつけられる。このコイルはタングステンからなり、強固に巻き付けるかあるいは溶着させて構成する。コイルは点灯始動時は表面の凹凸効果により始動の種（始動開始位置）として機能するとともに、点灯後は表面の凹凸効果と熱容量によって放熱機能を担っている。
【００２１】
発光部１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４００〜７００ｎｍという放射光を得るためのもので、０．２５ｍｇ／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、ハロゲンを封入することで放電容器の破損、失透の防止という作用があると考えられる。
【００２２】
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。
【００２３】
なお、上記実施例では凹面反射鏡にセラミックベースを取り付けて、このセラミックベースに金属製保持部材を装着する構成について説明した。
しかし、セラミックベースを取り付けることなく、金属製保持部材を凹面反射鏡の頂部に直接に取り付ける構造でもかまわない。
【００２４】
また、本願発明に係る光源装置の放電ランプは、図６に示す直流点灯型放電ランプに限定されるものではなく、交流点灯型放電ランプを採用することもできる。また、直流点灯型放電ランプにおいては陽極を凹面反射鏡の根元に配置する構造に限定されるものではなく、陰極を凹面反射鏡の根元に配置する構造であってもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る光源装置を示す。
【図２】本発明に係る光源装置を示す。
【図３】本発明を説明するための図を示す。
【図４】本発明に係る金属製保持部材を示す。
【図５】本発明に係る光源装置の他の実施例を示す。
【図６】本発明に係る光源装置の放電ランプを示す。
【符号の説明】
【００２６】
１  放電ランプ
２  凹面反射鏡
３  陰極
４  陽極
１０  発光部
１１  封止部
１３  接着剤
１４  セラミックベース
１５  モリブデン製給電リード
１６  金属製保持部材
１７  給電線
【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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