(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に封入させたガスと放電との協働によって所定の波長光を発生させるガス放電管を収容するシリンダ形状の本体部を有するランプハウスと、
前記ランプハウスを収容するランプボックスとを備え、
前記ランプハウスの前記本体部は、前記ランプボックス内で前記ガス放電管の管軸線が実質的に水平方向に延在するように横置きに設置され、前記本体部の外周には、前記管軸線に対して略直交する方向に突出する複数の冷却フィンが設けられ、前記ランプボックスには、前記管軸線に対して直交する方向で対向させた空気取入れ部と冷却ファンとが設けられたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記冷却フィンは、前記管軸線を中心とした螺旋状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記冷却フィンは、前記本体部の略全長に亙って形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の光源装置。
【請求項４】
前記ランプボックス内には、前記ランプハウスを収容するように前記空気取入れ部から前記冷却ファンまで延在する風洞部を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の光源装置。
【請求項５】
前記風洞部は、前記空気取入れ部側の開口面積に対して前記冷却ファン側の開口面積を小さくしたことを特徴とする請求項４記載の光源装置。
【請求項６】
前記ランプボックスを直方体に形成し、前記空気取入れ部は、前記ランプハウスの上板又は底板の何れかに設けられたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項７】
前記ランプボックスを直方体に形成し、前記空気取入れ部は、前記ランプハウスの側板に設けられたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のガスと放電との協働により所定の波長光を発生させるガス放電管（特に重水素放電管）を適切に収容させるためのランプハウスを利用した光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、特開平８−３２９７３２号公報及び特開平９−２７２１３号公報がある。これら公報に記載されたランプハウスは、ランプを収容するためのものであり、ランプの管軸線に沿うように、ランプハウス内部で流動する空気によってランプハウスを適切に冷却させるよう構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のランプハウスには、次のような課題が存在している。すなわち、このランプハウス内には、管軸線に沿って冷却空気が流動するような流路が設けられている。従って、このような流路構成によって、ランプの先端部側から配線導出用のステム側に向かって空気が流れる結果、ランプの管軸線方向において不均一な温度分布が発生している。これが原因となり、管軸線方向において、ランプ各所での温度のバラツキが発生し、このことによって、ランプ出力すなわち輝度のフラツキを高精度に安定させることができないといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、特に、ガス放電管の出力を高精度に安定させるようにした光源装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明の光源装置は、内部に封入させたガスと放電との協働によって所定の波長光を発生させるガス放電管を収容するシリンダ形状の本体部を有するランプハウスと、ランプハウスを収容するランプボックスとを備え、ランプハウスの本体部は、ランプボックス内でガス放電管の管軸線が実質的に水平方向に延在するように横置きに設置され、本体部の外周には、管軸線に対して略直交する方向に突出する複数の冷却フィンが設けられ、ランプボックスには、管軸線に対して直交する方向で対向させた空気取入れ部と冷却ファンとが設けられたことを特徴とする。
【０００６】
この光源装置に適用させるランプハウスでは、ガス放電管の間接冷却を目的にするものであり、ガス放電管の管軸線に対して略直交する方向に複数の冷却フィンを突出形成させているので、本体部の周面において、管軸線に対して垂直な方向に空気を流動させることが可能となる。よって、ガス放電管の管軸線方向において、ランプハウス自体の均一冷却を可能とし、ランプハウスの各所で発生する温度のバラツキを回避させることが可能となる。従って、ガス放電管の出力を、上述した間接冷却によって高精度に安定させることが可能になる。特に、重水素放電管のように、微細な温度の変動が出力特性に直結するようなランプでは顕著にその効果が認められる。そして、このようなランプハウスは、ランプボックス内で横置きにセッティングされる。更に、冷却フィンに適切な冷却風を当てるように、空気取入れ部と冷却ファンとを、管軸線に対して直交する方向で対向させた状態で、ランプボックスに配置させている。これによって、ランプハウスを横置きに設置させた場合でも、ランプハウスの適切な冷却が可能となる。
【０００７】
請求項２に係る光源装置において、冷却フィンは、管軸線を中心とした螺旋状に形成されると好ましい。このような構成を採用した場合、冷却フィンに沿った冷却風の巻き付き効果が向上し、これによって、ランプハウスの冷却効率が更に向上する。
【０００８】
請求項３に係る光源装置において、冷却フィンは、本体部の略全長に亙って形成されると好ましい。このような構成を採用した場合、ランプハウスの全長に亙って冷却温度を均一にすることができ、ガス放電管の最適な間接冷却が可能となる。
【０００９】
請求項４に係る光源装置において、ランプボックス内には、ランプハウスを収容するように空気取入れ部から冷却ファンまで延在する風洞部を設けると好ましい。このような構成を採用した場合、風洞部によって、ランプボックスすなわち筺体の内部形状に左右されることなく、空気取入れ部から冷却ファンまで効率よく空気を流動させることができ、乱流の防止も容易に図られる。
【００１０】
請求項５に係る光源装置において、風洞部は、空気取入れ部側の開口面積に対して冷却ファン側の開口面積を小さくすると好ましい。このような構成を採用した場合、空気の入口側と出口側とで流速を変えることができる。すなわち、出口側に向かって流速を高めるようにしているので、風洞部内の空気をスムーズに流動させることができると同時に、冷却風の流速アップを図ることができ、これによって、ランプハウスの冷却効率を向上させることができる。
【００１１】
請求項６に係る光源装置において、ランプボックスを直方体に形成し、空気取入れ部は、ランプハウスの上板又は底板の何れかに設けられると好ましい。例えば、底面に空気取入れ部を設けた場合、空気取入れ部からゴミや埃が侵入し難くなる。
【００１２】
請求項７に係る光源装置において、ランプボックスを直方体に形成し、空気取入れ部は、ランプハウスの側板に設けられると好ましい。このような構成を採用した場合、直方体形状のランプボックスには四側板が設けられるので、空気取入れ部の配置の自由度が増すことになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る光源装置内に設置させるランプハウスに利用する重水素放電管を示す斜視図である。同図に示すものは、ガス放電管の一例をなす重水素放電管１０であり、このランプ１０は、サイドから紫外線を出射させるサイドオン型と呼ばれているものである。この重水素放電管１０において、ガラス製の円筒状容器１１の内部には、発光部組立体２０が収容されていると共に、重水素ガス（図示しない）が数Ｔｏｒｒ程度封入されている。なお、容器１１の底部には、ガラス製のステム１２が形成されている。また、容器１１は、良好な紫外線透過率を有する紫外線透過ガラスや石英ガラス等から形成されている。
【００１５】
ステム１２には、４本のリードピン１３〜１６が一直線状に並列固定させられ、各リードピン１３〜１６は、ステム１２を貫通すると共に、それぞれ絶縁材により被覆されてリード線１７として導出されて、外部電源（図示しない）に接続される。また、発光部組立体２０は、前部に配置した金属製（ＮｉやＳＵＳ）又はセラミックス製の前面カバー２３と、後部に配置したセラミックス製の陽極支持部材２２と、この陽極支持部材２２と前面カバー２３との間に配置される金属製（ＮｉやＳＵＳ）の収束電極支持部材２１とを有している。
【００１６】
次に、発光部組立体２０の構成について詳細に説明する。
【００１７】
図１及び図２に示すように、リードピン１４の先端には金属製の陽極部２４が固定されている。この陽極部２４は、リードピン１４の先端に固定される矩形状の陽極固定板２４ａと、陽極固定板２４ａの前面２４ａＢに固定される板状の陽極２４ｂとからなっている。また、断面略凸字形の角柱をなす陽極支持部材２２の前部には、陽極固定板２４ａを収容するための陽極収容凹部２５、並びに陽極部２４の後方に位置するリードピン１４の先端部分を収容するためのリードピン収容凹部２６が形成されている。
【００１８】
従って、リードピン１４に陽極部２４を固定した状態で、リードピン１４をリードピン収容凹部２６内に収容することで、リードピン１４により、陽極支持部材２２を容器１１内で保持させることができる。また、陽極収容凹部２５の底面２５ａには、陽極固定板２４ａの背面２４ａＡが当接支持される。
【００１９】
そして、陽極支持部材２２は、電気絶縁性と高い熱伝導性を有するセラミックスで一体に形成されている。従って、陽極支持部材２２は、高温になった陽極部２４に対してヒートシンクとして作用し、発光部組立体２０に蓄積される熱を外部へ効率よく発散させることができる。
【００２０】
また、陽極部２２の前方に配置される板状の収束電極支持部材２１には、矩形の開口部２７が設けられ、この開口部２７は、陽極２４ｂに対峙する位置に設けられている。更に、収束電極支持部材２１には、金属製の収束電極固定板２８が当接配置させられている。この収束電極固定板２８の前面２８ａには、金属製の収束電極部２９が固定されている。そして、収束電極固定板２８は、収束電極支持部材２１の前面２１ａに固定され、収束電極部２９の収束開口２９ａは、収束電極支持部材２１の開口部２７に臨んで配置されると共に、陽極２４ｂと対峙する関係になっている。
【００２１】
また、前面カバー２３は、断面略Ｕ字状に形成されると共に、収束電極支持部材２１の前面２１ａに固定されている。この前面カバー２３の中央には、収束開口２９ａ及び陽極２４ｂと対峙関係にある紫外線投光用の開口窓３０が形成されている。そして、前面カバー２３と収束電極支持部材２１とで形成される空間Ｓ内には、熱電子を発生させるための螺旋状の熱陰極３１が配置されている。この熱陰極３１は、光路から外れた位置、即ち前面カバー２３内の側方に配置されている。
【００２２】
更に、熱陰極３１と収束電極部２９との間には、光路から外れた位置に金属（ＮｉやＳＵＳ）製又はセラミックス製の放電整流板３２が配置されている。この放電整流板３２の一端は、収束電極支持部材２１の前面２１ａに固定され、この他端は、前面カバー２３の内壁面に当接させられている。また、放電整流板３２には、熱陰極３１と収束電極部２９との間を連通させるスリット３２ａが形成され、このスリット３２ａにより、熱陰極３１から発生する熱電子を整流させている。
【００２３】
収束電極支持部材２１と陽極部２４の陽極固定板２４ｂとの間には、セラミックスからなる円柱状のスペーサ３５が２本配置されている。各スペーサ３５は、陽極収容凹部２５内における両側方の位置において、収束電極支持部材２１の背面２１ｂと、陽極固定板２４ａの前面２４ａＢとに当接配置されている。そして、スペーサ３５を利用することにより、収束電極部２９と陽極部２４との間隔を常に一定に保つことができる。
【００２４】
次に、前述したサイドオン型の重水素放電管１０の動作について説明する。
【００２５】
先ず、放電前の２０秒程度の間に外部電源（図示しない）から１０Ｗ前後の電力を熱陰極３１に供給して、熱陰極３１を予熱する。その後、熱陰極３１と陽極２４ｂとの間に１５０Ｖ程度の直流開放電圧を印加して、アーク放電の準備を整える。
【００２６】
その準備が整った後、熱陰極３１と陽極２４ｂとの間に３５０〜５００Ｖのトリガ電圧を印加する。このとき、熱陰極３１から放出された熱電子は、放電整流板３２の細長いスリット３２ａを通過し、収束電極部２９の収束開口２９ａで収斂しながら陽極２４ｂに至る。そして、収束開口２９ａの前方にアーク放電が発生し、このアーク放電によるアークボールから取り出される紫外線は、開口窓３０を通過した後、ガラス製の容器１１の周面を透過して外部に放出される。
【００２７】
また、陽極部２４及び収束電極部２９は、数百℃を越える高温になるので、この熱は、セラミックスからなる前述の部材によって外部に適時放出される。そして、陽極部２４は陽極支持部材２２にしっかりと保持され、収束電極部２９は収束電極支持部材２１にしっかりと保持されているので、長時間の連続発光による高温下においても、変形が起こりにくく、陽極部２４と収束電極部２９との位置精度を良好に保つことができる。
【００２８】
このような重水素放電管１０というのは、単に冷却すれば安定して動作するといったものではない。それは、重水素放電管１０内が低圧状態（例えば１／１００気圧程度）に維持されていることに起因し、極めて温度変化に敏感な出力特性をもっているからである。
【００２９】
そこで、このような重水素放電管１０を最適に動作させるためのランプハウス４２について、以下説明する。
【００３０】
図３〜図５に示すように、ランプハウス４２の本体部４４は、熱伝導を考慮したアルミ製の中空ブロックで形成されると共に、円筒状のシリンダ形状になっている。このランプハウス４２の一端は完全に塞がれており、この端面には、ランプハウス４２を後述の光源装置６０等に固定させるための雌ネジ部４３が４箇所形成されている。また、ランプハウス４２の他端には、重水素放電管１０の円筒状容器１１の外形に対応させた差込み口４５が設けられている。
【００３１】
更に、図６及び図７に示すように、ランプハウス４２の内部には、容器１１の周面と僅かな隙間が形成されるような大きさ及び形状をもった円柱状の放電管収容部４６が設けられている。ランプハウス４２の本体部４４の外周面には、円形の冷却フィン４７がガス放電管１０の管軸線Ｌに対して略直交する方向に、複数本突出形成させられている。具体的に、このような冷却フィン４７は、所定の肉厚をもつようにして、ランプハウス４２の一端から他端に向けて螺旋状に形成されている。その結果、冷却フィン４７は、ランプハウス４２の円周面全体に亙って形成されることになる。
【００３２】
更に、この冷却フィン４７は、ランプハウス４２の略全長、例えば、少なくもランプハウス４２内に装填された容器１１の全長をカバーするような長さに亙って形成されている。また、本体部４４には、ガス放電管１０から放出される所定波長の光を、管軸線Ｌに対して直交する方向に外部放出させるための光取出し部４８が形成されている。この光取出し部４８には、管軸線Ｌに対して直交する方向に延在する開口部４８ａが設けれている。なお、この光取出し部４８は、ガス放電管１０の開口窓３０と一致させるように配置させることは言うまでもない。
【００３３】
ここで、図１及び図６に示すように、重水素放電管１０には、ランプハウス４２への実装を容易にするために、金属製のフランジ部５６が接着剤等で固定されている。このフランジ部５６は、重水素放電管１０のステム１２側を包囲するための筒胴５４の端部から、ランプ１０の管軸線Ｌに対して垂直方向に突出する。このようなフランジ部５６を設ける結果、フランジ部５６を指で摘まむようにして、ランプ交換作業を行うことができるので、容器１１のガラス部分に指が触れることがなく、指紋等の汚れにより発生する輝度ムラを無くすことができる。
【００３４】
また、フランジ部５６は、ランプハウス４２の端面４２ａに当接させる。その結果、ランプハウス４２内で重水素放電管１０の開口窓３０を適切な位置に配置させることできる。しかも、ランプハウス４２と重水素放電管１０のフランジ部５６との当接により、フランジ部５６によって放電管収容部４６に適切な蓋がなされ、放電管収容部４６内への冷却風の侵入を適切に阻止することができる。
【００３５】
更に、ランプハウス４２内において、重水素放電管１０の実装位置を常に一定にする必要がある。そこで、ランプハウス４２の端面４２ａに位置決めピン５７を突出させ、この位置決めピン５７は、フランジ部５６の切欠き溝５８内に差し込まれる。従って、重水素放電管１０の前後を取り違えることなく、確実なランプ交換作業が行われる。
【００３６】
更に、重水素放電管１０をランプハウス４２に固定させるにあたって、フランジ部５６には、ネジ差し込み孔５９が設けられ、これに対応するようにランプハウス４２の端面４２ａにもネジ孔５３（図４，５参照）が形成されている。よって、ネジ差し込み孔５９を通すように、図示しないネジをネジ孔５３に螺合させることで、フランジ部５６は、ランプハウス４２にしっかりと固定されることになる。
【００３７】
このようなランプハウス４２では、重水素放電管１０の管軸線Ｌに対して直交する方向に複数の冷却フィン４７を突出形成させているので、本体部４４の周面において、管軸線Ｌに対して垂直な方向に冷却空気を流動させることが可能となる。よって、重水素放電管１０の管軸線Ｌ方向において、ランプハウス４２の各所での温度のバラツキを回避させることが可能となり、重水素放電管１０の出力を、間接冷却によって高精度に安定させることができる。このような冷却フィン４７の構成は、温度変化に極めて敏感な出力特性をもつ重水素放電管１０の最適であると言える。
【００３８】
また、冷却フィン４７を螺旋状に形成すことで、冷却フィン４７に沿った冷却風の巻き付き効果が向上し、これによって、ランプハウス４２の冷却効率のアップが図られる。さらに、本体部４４の略全長に亙って冷却フィン４７を形成させることで、ランプハウス４２の全長に亙って冷却温度を均一にすることができ、重水素放電管１０の最適な間接冷却が可能となり、出力特性の安定化に大きく寄与することになる。
【００３９】
次に、このようなランプハウス４２を利用した光源装置６０について説明する。
【００４０】
図８〜図１０に示すように、光源装置６０において、ランプハウス４２は、直方体形状のランプボックス（筺体）６１内に横置き状態で設置されている。すなわち、ランプハウス４２は、重水素放電管１０の管軸線Ｌが実質的に水平方向に延在するようにランプボックス６１に固定されている。具体的に、このランプハウス４２は、ランプボックス６１の側板６３の略中央に当接配置させ、取付けネジ６２が側板６３を貫通するように、横から雌ネジ部４３（図６参照）に螺合し、これによって、ランプハウス４２をランプボックス６１に固定させている。
【００４１】
このようなランプハウス４２の横置き固定によって、差込み口４５が側方に配置され、その結果、重水素放電管１０は光源装置６０内に横から装填されることになる。そして、ランプボックス６１の側板６４には、差込み口４５に対応する位置に開閉蓋６５がヒンジ部６６を介して設けられている。そして、重水素放電管１０の交換時において、開閉蓋６５は、ローレットネジ６７を外すことで開放される。なお、底板７２には、光源装置６０の取り扱いを考慮して、ゴム製の脚部６８が設けられている。
【００４２】
更に、ランプボックス６１には、管軸線Ｌに対して直交する方向で且つ上下方向に対向させた空気取入れ部７０と冷却ファン７１とが設けられている。すなわち、ランプボックス６１の底面７２には、マトリックス状に配列させた多数の空気取入れ部７０が、ランプハウス４２に対応するように開口形成されている。これに対し、対向する上板７３には排気口７４が形成され、これに合致させるように冷却ファン７１がビス等で上板７３に取り付けられている。よって、ランプハウス４２を挟むようにして、空気取入れ部７０と冷却ファン７１とを上下に対向配置させることができ、冷却フィン４７に沿うような適切な冷却風をランプボックス６１内で流動させることができる。
【００４３】
更に、冷却風の安定した流動の向上を図るために、ランプボックス６１内には風洞部７５が設けられている。この風洞部７５は、側板６３に固定されると共に、空気取入れ部７０から冷却ファン７１まで架け渡すように配置され、この風洞部７５の途中にランプハウス４２を配置させている。このような風洞部７５によって冷却風の流動範囲が規制される。これによって、ランプボックス６１すなわち筺体の内部形状に左右されることなく、空気取入れ部７０から冷却ファン７１まで効率よく空気を流動させることができ、乱流の防止も図られる。
【００４４】
更に、風洞部７５では、空気取入れ部７０側の空気入口７５Ａの開口面積に対して、冷却ファン７１側の空気出口７５Ｂの開口面積を小さくしている。具体的に、風洞部７５には、ランプハウス４２から冷却ファン７１に向けてロート状の絞り部７６が形成されている。このように、空気入口７５Ａ側と空気出口７５Ｂ側とで開口面積を変えている。すなわち、出口７５側に向かって流速を高める結果として、風洞部７５内の空気をスムーズに流動させることができると同時に、ランプハウス４２の冷却効率のアップを図ることができる。
【００４５】
なお、図９に示すように、ランプボックス６１の一側板７７には導光筒７８が固定されている。この導光筒７８は、内部に石英面板７９を有すると共に、風洞部７５を貫通させた状態でランプハウス４２の光取出し部４８内にその先端が嵌め込まれている。これにより、重水素放電管１０から出射される紫外光が、ランプボックス６１（特に、風洞部７５）内を流動している空気に吸収されてしまうことを適切に防止することができ、その結果、安定した紫外光出力が得られる。そして、この導光筒７８には、図示しない光ファイバケーブルのコネクタ部を着脱させるための雌ネジ部７８ａが設けられている。このような光源装置６０は、持ち運びに便利な小型化が図られると同時に、超軽量化を図る目的で内部にトランス等の電源をもたない。
【００４６】
本発明の光源装置は前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図１１に示した光源装置８０において、ランプハウス４２の横置き状態は前述と同様であるが、上板８１に空気取入れ部７０を設け、底板８２に冷却ファン７１を設けている。また、図１２に示した光源装置８５において、ランプハウス４２の横置き状態は前述と同様であるが、一方の側板８６に空気取入れ部７０を設け、対向する他方の側板８７に冷却ファン７１を設けている。そして、上板８８に導光筒７８を取付けるようにして、ガス放電管１０からの光の出射方向を上方にしている。
また、図１３に示すように、前述した種々の光源装置に適用させる他のランプハウス４２Ａは、円板状の環状な冷却フィン４７Ａを、円筒状の本体部４４の周囲に所定のピッチをもって、個別的に独立して並設させたものであり、冷却フィン４７Ａは管軸線Ｌに対して直交する方向に延在する。
なお、光源装置６０，８０，８５に適用させるガス放電管としては、サイドオン型に限定されずヘッドオン型であってもよい。この場合、光取出し部４８は、管軸線Ｌの延長上に設けられることになる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明による光源装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得る。すなわち、内部に封入させたガスと放電との協働によって所定の波長光を発生させるガス放電管を収容するシリンダ形状の本体部を有するランプハウスと、ランプハウスを収容するランプボックスとを備え、ランプハウスの本体部は、ランプボックス内でガス放電管の管軸線が実質的に水平方向に延在するように横置きに設置され、本体部の外周には、管軸線に対して略直交する方向に突出する複数の冷却フィンが設けられ、ランプボックスには、管軸線に対して直交する方向で対向させた空気取入れ部と冷却ファンとが設けられたことにより、ガス放電管の出力を高精度に安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光源装置内に配置させるランプハウスに利用する重水素放電管の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の重水素放電管の横断面図である。
【図３】本発明に係る光源装置に適用させるランプハウスの平面図である。
【図４】図３に示したランプハウスの正面図である。
【図５】図４に示したランプハウスの底面図である。
【図６】図４に示したランプハウスの縦断面図である。
【図７】図４に示したランプハウスの横断面図である。
【図８】本発明に係る光源装置の一実施形態を示す部分切欠き正面図である。
【図９】図８に示した光源装置の部分切欠き側面図である。
【図１０】図８に示した光源装置の部分切欠き平面図である。
【図１１】本発明に係る光源装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る光源装置の更に他の実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る光源装置に適用させるランプハウスの他の実施形態を示す正面図である。
【符号の説明】
１０…ガス放電管（重水素放電管）、４２…ランプハウス、４４…本体部、４６…放電管収容部、４７…冷却フィン、４８…光取出し部、６０…光源装置、６１…ランプボックス、７０…空気取入れ部、７１…冷却ファン、７５…風洞部、Ｌ…管軸線。
【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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【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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【図１３】
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