JP2014017138A - Light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ショートアーク型キセノンランプと反射ミラーとを有する光源装置に関し、特に発光管の管軸を水平姿勢としてランプが保持される光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device having a short arc type xenon lamp and a reflecting mirror, and more particularly, to a light source device in which a lamp is held with the tube axis of a luminous tube as a horizontal posture.
映画館で映像を投影する映写機などのプロジェクタにおいては、可視光領域に連続波長を放射するキセノンショートアークランプが好適に使用されている。そして、映写機に実装される光源装置としては、キセノンショートアークランプと当該ランプを覆うように配置されたミラーとが組み合わされて構成される。
映写機においては、映画館における設置スペースの関係から、搭載される光源装置においてもサイズ的な制約を受けることになり、ランプの配置状態、ミラー、更にはそれらを取り囲む筐体においても、隙間を極限までなくして省スペース化を図った配置状態が取られている。
そのような結果、現在、ミラーは画像表示装置に向けて光を投射するよう、光を集光する方向がほぼ水平方向に一致するよう配置され、このためキセノンショートアークランプもまた発光管の管軸がほぼ水平状態となる姿勢で配置されている。
In a projector such as a projector that projects an image in a movie theater, a xenon short arc lamp that emits a continuous wavelength in the visible light region is preferably used. The light source device mounted on the projector is configured by combining a xenon short arc lamp and a mirror arranged to cover the lamp.
In the projector, due to the installation space in the movie theater, the size of the light source device to be mounted is also limited, and the gap between the lamp arrangement, the mirror, and the casing surrounding them is also limited. The arrangement has been made to save space.
As a result, at present, the mirror is arranged so that the light collecting direction coincides with the horizontal direction so as to project the light toward the image display device. Therefore, the xenon short arc lamp is also arranged in the tube of the arc tube. The shaft is arranged in a posture that is almost horizontal.
図6、図7を参照して従来技術にかかる光源装置の一例を開示する。図6は、反射ミラーの光軸にそった面で切断して示す光源装置を側面から見た説明図であり、図7は、図6中の線分Mで切断したA−A矢視断面図である。
キセノンショートアークランプ60は、発光管61の管軸Lがほぼ水平となるよう支持されており、反射ミラー70及びその開口前方70Aに配置された補助反射ミラー71によってランプ60の発光部61Aの全体を取り囲むように配置されている。補助反射ミラー71は、反射ミラー70では捕捉できない前方に出射する光を反射して、ランプ60のアーク位置の戻すものである。
ランプ60から放射された光は、直接反射ミラー70に入るか、補助反射ミラー70Aで反射された後に反射ミラー70で反射され、最終的に出射口71Aより出射される。
An example of a light source device according to the prior art will be disclosed with reference to FIGS. 6 is an explanatory view of the light source device cut along a plane along the optical axis of the reflection mirror as viewed from the side, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA cut along line M in FIG. FIG.
The xenon
The light emitted from the
反射ミラー70の焦点位置Fは、ランプ60の陰極63の先端の位置に一致していることが、ミラー70,71による集光効率を高めるためにも望ましい状態である。アークのもっとも絞られた位置である陰極先端の輝点部分の光を、反射ミラー70の焦点Fに一致させることで、集光効率を最も高い状態で光を投射できるからである。
It is desirable for the focal position F of the reflecting
ところで、このようなランプとミラーを取り囲む筐体は、矩形箱状であり、その大きさはミラーの最大径部に適合するようほぼ隙間のなく内寸が設定されている。このため、ランプを交換する作業では、作業者は筐体内の狭い空間で作業することが強いられ、発光管内部の陰極先端の位置を確認することが難しい。
具体的には、ランプの交換作業は、通常、筐体の一部の壁面を取り外したのち、使用後のランプを取り外して新しいランプを装着し、ランプの給電部の接続などの作業を行った後、ミラーとランプの位置合わせを行い、再び筐体の壁面部分を取り付ける、といった手順で行われる。
かかる作業工程において、とりわけミラーの焦点位置に合わせる作業は、煩雑で難しいという問題があり、このような作業性を改善する目的で、ミラーには予め陰極先端を確認するための小さな開口が設けられ、ミラーの外部からランプの位置、つまりは陰極先端位置を確認できるようになっている。
By the way, the casing surrounding such a lamp and the mirror has a rectangular box shape, and the size of the casing is set with almost no gap so as to fit the maximum diameter portion of the mirror. For this reason, in the operation | work which replaces | exchanges a lamp, an operator is forced to work in the narrow space in a housing | casing, and it is difficult to confirm the position of the cathode front-end | tip inside an arc_tube | light_emitting_tube.
Specifically, the lamp replacement work is usually done by removing some wall surfaces of the housing, removing the used lamp, installing a new lamp, and connecting the power supply part of the lamp. Thereafter, the mirror and the lamp are aligned, and the wall surface portion of the housing is attached again.
In such a work process, in particular, the work of adjusting to the focal position of the mirror has a problem that it is complicated and difficult. For the purpose of improving such workability, the mirror is provided with a small opening for confirming the cathode tip in advance. The position of the lamp, that is, the position of the cathode tip can be confirmed from the outside of the mirror.
陰極先端位置を検出するための開口について、再び、図6,7を参照して説明する。
図6,7に示されるように、第一の開口72はミラー70の上部側に、第二の開口73は横側に、合計2箇所形成されており、ミラー70の光軸(実質的に管軸Lに一致する)に対して垂直かつ、反射ミラー70の焦点位置を通過する面上にある。この面は、図6においては、焦点位置Fを通過する仮想線分Mで切断した断面となる。
The opening for detecting the cathode tip position will be described again with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 6 and 7, the
図7において、ミラー70の開口72,73から、目視又はCCDカメラ等でそれぞれの対向位置にある目標位置を検出しながら、陰極63先端が所定の位置になるようランプ60が位置調整される。
焦点Fの位置と各開口72,73を結ぶ線は、90°の角度で交差する構成になっていて、ランプ支持部65には、光軸(実質的に管軸Lに一致する)と開口72,73を結ぶ線分に対して平行方向にランプ60を移動可能なX方向、Y方向、更に、X方向及びY方向と直交するZ方向におけるランプ移動機構を備えている。
これにより、陰極先端のX,Y,Z位置を一義的に決めることができる。このような技術は、例えば特許文献1、2などに開示されている。
In FIG. 7, the
The line connecting the position of the focal point F and each of the
Thereby, the X, Y, and Z positions of the cathode tip can be uniquely determined. Such a technique is disclosed in, for example,
ところで、この種のキセノンショートアークランプにおいては、点灯時間が経過してある程度の時間(例えば1000時間程度)を超えて使用すると、ランプを始動しようとした際、ランプが立ち消えを起こすことがある(特許文献3参照)。
この現象は、グロー放電からアーク放電に切り替わったとき、電圧が高い状態において、アークが上向きの対流に押されてアーチ型に変形することに起因して生じる。アークが直線状からアーチ型に偏倚すると、アーク長が長くなってランプ電圧が上昇し、電源の供給電圧を超えてしまうため放電を維持できなくなる。
このような問題に鑑み、特許文献3に記載の技術においては、始動時のアークの形状に着目して、アークが対流の影響を受けにくくなるようランプの周囲に磁界を発生させ、始動時、磁力によりアークを押し下げる、すなわち、通常のアークの形態となるよう規制して電圧の上昇を抑え、低い電圧で駆動しても立ち消えが生じないような対策をとっている。
By the way, in this type of xenon short arc lamp, if the lamp is used for a certain period of time (for example, about 1000 hours) after the lighting time has elapsed, the lamp may turn off when attempting to start the lamp ( (See Patent Document 3).
This phenomenon is caused when the arc is switched from glow discharge to arc discharge and the arc is pushed by upward convection and deformed into an arch shape in a high voltage state. If the arc deviates from a straight shape to an arch shape, the arc length becomes long and the lamp voltage rises and exceeds the supply voltage of the power source, so that the discharge cannot be maintained.
In view of such a problem, in the technique described in
図8を参照して、このような技術について説明する。
図8は、光源装置におけるランプ(ミラーの影になるところは輪郭のみを破線で示す)とミラーの位置関係を、光源装置を上から下方向に見た説明用図面である。
図8に示されるように、磁界を供給するため手段として、磁極80,81が、反射ミラーの外部における電極の離間部分の両サイドに配置される。磁界の方向はアークに対して直交する方向であり、この場合、アークに対して下方向の応力が付与される。
Such a technique will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is an explanatory drawing showing the positional relationship between a lamp (only the outline is shown by a broken line in the shadow of the mirror) and the mirror in the light source device when the light source device is viewed from above.
As shown in FIG. 8, as a means for supplying a magnetic field,
しかしながら、ミラー70に陰極先端位置検出用の開口73を設けようとすると、磁極80,81の位置が開口73の位置と一致してしまって、陰極先端の位置を検出することができなくなってしまう。無論、磁極81を着脱移動可能として、ランプを交換する際、陰極先端位置を検出する場合に退避させる構造とすれば問題ないが、上述したように光源装置においては極限まで隙間ない配置状態になるよう設計されており、着脱機構を併せ持つことができない。
However, if the
そこで本発明が解決しようとする課題は、キセノンショートアークランプとミラーとを備えた光源装置において、発光管の内部に磁界を発生させるための磁力供給部材を備えつつ、ミラーに対して陰極先端の位置合わせを確実に行うことが可能な光源装置を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a light source device having a xenon short arc lamp and a mirror is provided with a magnetic force supply member for generating a magnetic field inside the arc tube, and at the cathode tip with respect to the mirror. It is an object of the present invention to provide a light source device capable of reliably performing alignment.
本発明にかかる光源装置は、発光管の内部に陰極および陽極が対向配置されてなり、発光管の管軸が水平に支持されてなるショートアークランプと、このショートアークランプを取り囲む反射ミラーと、ショートアークランプの発光管に磁束を供給する磁束供給手段とを備えてなる光源装置であり、前記反射ミラーは、焦点を通過する仮想垂直線上に設けられた第一の開口と、当該反射ミラーの焦点を通過し、凹面反射ミラーの光軸に対し直交する水平線上に設けられた第二の開口を備え、前記磁束供給手段は、前記第二の開口と前記反射ミラーの焦点とを通過する直線上であって前記反射ミラーの外部に磁極を備え、前記磁極は、前記第二の開口に対応する位置に透過部が形成されていることを特徴とする。 A light source device according to the present invention includes a short arc lamp in which a cathode and an anode are opposed to each other inside an arc tube, and a tube axis of the arc tube is supported horizontally, a reflection mirror surrounding the short arc lamp, The light source device includes a magnetic flux supply means for supplying magnetic flux to the arc tube of the short arc lamp, and the reflection mirror includes a first opening provided on a virtual vertical line passing through the focal point, and the reflection mirror. A second opening provided on a horizontal line passing through the focal point and orthogonal to the optical axis of the concave reflecting mirror, and the magnetic flux supplying means is a straight line passing through the second opening and the focal point of the reflecting mirror. A magnetic pole is provided on the outside of the reflecting mirror, and the magnetic pole has a transmission portion formed at a position corresponding to the second opening.
本発明によれば、磁束供給手段によって反射ミラーの開口が塞がれていても、透過部を介して反射ミラーの開口から発光管の内部を臨むことが可能であり、陰極先端の位置を検出し、ランプの位置調整を行うことが可能である。 According to the present invention, even when the opening of the reflection mirror is blocked by the magnetic flux supply means, it is possible to face the inside of the arc tube from the opening of the reflection mirror through the transmission part, and the position of the cathode tip is detected. It is possible to adjust the position of the lamp.
図1に本発明にかかる光源装置の全体構成を示す。
本発明の光源装置は、光源を構成するショートアークランプ10(以下、単に「ランプ」とも称す。)と、ランプ10から放射された光を集光する反射ミラー20と、反射ミラー20の外側に配置され、アークに向かって磁束を供給する磁束供給手段30とを具備して構成されている。これらの構成(ランプ10、反射ミラー20、磁束供給手段30)のいずれもが、筐体の内部に配置される。なお、図1において筐体は、底面25のみを示して他の壁面については図示を省略している。
FIG. 1 shows the overall configuration of a light source device according to the present invention.
The light source device of the present invention includes a short arc lamp 10 (hereinafter also simply referred to as “lamp”) that constitutes a light source, a
ショートアークランプ10は、発光管11の内部にキセノンガスが封入され、陽極12と陰極13が発光管11の管軸方向に沿って対向配置された直流点灯方式の放電ランプである。同図に示すように、ランプ10は管軸がほぼ水平となるような姿勢で支持部材24A、24Bによって支持される。
発光管の陰極側の端部を支持する支持部材24Bは、ここでは図示を省略するが、位置調節機構を具備しており、ランプ10の発光管11を、前後方向(X方向)、上下方向(Y方向)及び左右方向(Z方向)に移動可能である。
また、図2に示すように、電源装置40に接続されたリード線41A,41Bから給電部42A,42B及び口金15A,15Bを介して、ランプ10に電力が供給される。
The
Although not shown here, the support member 24B that supports the cathode side end of the arc tube is provided with a position adjusting mechanism, and the arc tube 11 of the
In addition, as shown in FIG. 2, power is supplied to the
反射ミラー20は、光出射方向に向かうに従って内径が広がる凹面状のミラーであり、例えば回転楕円面よりなる反射面を有している。
反射ミラー20に対向するよう配置された補助反射ミラー21は、内部に球面状の曲面をもつ反射面を備えており、球面の中心位置が、アーク形成部に一致するように、理想的には陰極13先端位置に一致するよう配置される。
図1、図2に示されるように、反射ミラー20は、陰極13の先端を検出するための位置合わせのための開口23A,23Bが互いに離間して2箇所形成されている。開口23A,23Bは、反射ミラー20の光軸に直交しかつミラー20の焦点を通る平面上に形成され、反射ミラー20の焦点位置(F)の垂直上側に1つ、反射ミラー20の焦点位置(F)の水平横側に1つ設けられている。
そして、反射ミラー20の外部においてその両方の側面に隣接するように、磁束供給手段30の磁極33とコア31が配置されている。
The
The auxiliary reflecting mirror 21 arranged so as to face the reflecting
As shown in FIGS. 1 and 2, the reflecting
And the
図3を参照して磁束供給手段について詳細に説明する。
磁束供給手段30は、例えば電磁石よりなり、コア31、励磁コイル32、磁極33及びリード線35を具備して構成される。コア31は、細長い平板状の磁性体をコの字状に屈折形成して構成されており、コア31における対向する腕部には、中腹近傍に励磁コイル32が設けられている。また、コア31の両端には、当該コア31とは別部材からなる平板状の磁性体からなる磁極33が、互いに向き合うように配置され、固定されている。
励磁コイル32の各々にはリード線35が接続されており、ここでは不図示とした電磁石用電源に接続されている。
The magnetic flux supply means will be described in detail with reference to FIG.
The magnetic flux supply means 30 is made of, for example, an electromagnet, and includes a core 31, an
A
磁極33及びコア31には、例えば貫通穴で構成される透過部34が形成されている。かかる透過部34は、図1,2及び図4で示されるように、少なくともその一方が、反射ミラー20の側面側の開口23Bに対応する位置に形成されており、透過部34を介して開口23B及び陰極13先端を臨むことができるようになっている。従って、磁束供給手段30を備えた状態でも、透過部34から開口23Bを介して、電極位置(陰極13位置)を検出することができ、ランプ交換の際には電極(陰極13)位置を確認しながらランプ10を反射ミラー20に対して最適な位置になるよう調整することができる。
なお、磁極33及びコア31に形成される透過部34は、対向配置された磁極33及びコア31の、両方において形成されていることが好ましく、特に発光管11の管軸Lを中心に対称な形状となるよう同一の形状であることが好ましい。この理由は、発生する磁界の磁束密度を両磁極において等価に形成させることで、アーク(導体)にかかる力を偏らせることなく下向き(Y方向)に制御するためである。
The
Note that the
ここで、磁束供給手段30の動作方法について、図3、図5を参照して一例を説明する。
図5は、反射ミラー20の焦点Fを通り発光管11の管軸に垂直な面で切断したランプの断面を、電流が流れる方向(陽極側から陰極側)にみた説明用断面図である。なお同図ではミラーの構成を省略して示す。
なお、図5(a)はランプ点灯中、アークが対流による浮力で上向きに持ち上げられた状態を示しており、(b)は磁束供給手段30に通電した状態を示している。
図5(a)で示されるように、アークが焦点Fよりも上方に持ち上げられると、ミラー(不図示)の焦点位置Fとアークの位置とが一致しなくなることで集光効率が低下したり、実効的に電極間距離が長くなるとみなされ、電圧が不足した状態になってランプが立ち消えたりする。
このように、アークが所期の状態よりも上向きに偏倚したとき、磁束供給手段30に通電し、磁界を形成する。
先に図3で示した磁束供給手段30に、電磁石用電源(不図示)よりリード線35を介して励磁コイル32に通電すると、コア31の端部が磁極33となってランプの周囲に磁界を形成する。このとき、図5(b)に示すようにS極,N極の向きを設定し、アーク(導体)に下向きの力が働くよう磁界の向きを制御する。
図においてX方向は電流の向き(電子が流れる方向と逆方向)であり、陽極から陰極に向かう方向である。本発明において、ランプは、発光管11の管軸がほぼ水平となるよう支持されており、従って電流の向きは、管軸に対して平行な方向になる。なお、図5においては紙面手前から奥に向かう方向である。
このとき、導体にかかる力、すなわち、アークにかかる力はフレミングの左手の法則に従って、上から下方向(Y方向)に働くことになる。
このように、磁束供給手段30への通電状態を制御して、アークがミラーの焦点Fの位置になるよう制御する。
Here, an example of the operation method of the magnetic flux supply means 30 will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the section of the lamp cut along a plane perpendicular to the tube axis of the arc tube 11 through the focal point F of the
5A shows a state where the arc is lifted upward by buoyancy due to convection while the lamp is lit, and FIG. 5B shows a state where the magnetic
As shown in FIG. 5A, when the arc is lifted above the focal point F, the focal position F of the mirror (not shown) and the position of the arc do not coincide with each other, thereby reducing the light collection efficiency. It is considered that the distance between the electrodes is effectively increased, and the lamp is extinguished because the voltage is insufficient.
Thus, when the arc is biased upward from the intended state, the magnetic
When the magnetic flux supply means 30 shown in FIG. 3 is energized to the
In the figure, the X direction is the direction of current (the direction opposite to the direction in which electrons flow), and is the direction from the anode to the cathode. In the present invention, the lamp is supported so that the tube axis of the arc tube 11 is substantially horizontal, and therefore the direction of the current is parallel to the tube axis. In FIG. 5, the direction is from the front to the back of the page.
At this time, the force applied to the conductor, that is, the force applied to the arc, works from the top to the bottom (Y direction) according to Fleming's left-hand rule.
Thus, the energization state to the magnetic flux supply means 30 is controlled so that the arc is positioned at the focal point F of the mirror.
本願発明によれば、ミラーの焦点Fを通過する発光管の管軸に垂直な面で切断した断面図において、磁束供給手段30の磁極33がミラーの焦点Fの真横に相当する位置に配置されているので、アークに対して効率よく力を付与することができる。
According to the present invention, in a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the tube axis of the arc tube passing through the focal point F of the mirror, the
そして、このような光源装置においては、図1、図2、図4で示されるように、反射ミラー20は開口23A,23Bを備えているので、目視又はCCDカメラ等でそれぞれの対向位置にある目標位置を検出しながら、陰極13先端が所定の位置(焦点Fの位置)になるようランプの位置を調整することができる。
具体的には、焦点Fの位置と各開口23A,23Bとを結ぶ線は、90°の角度で交差する構成になっていて、反射ミラー20の上側の開口23Aからは、陰極13先端における管軸方向(X方向)、左右方向(Z方向)の位置を検出し、当該反射ミラー20の横側の開口23Bからは、陰極13先端における管軸方向(X方向)、上下方向(Y方向)の位置を検出することで、陰極13先端のX,Y,Zの位置を一義的に決めることができる。
ここで、反射ミラー20の横側の開口23Bには、上述したように磁束供給手段30が被さるように当該反射ミラーの外部に配置されるが、磁束供給手段30には開口23Bの形成箇所に対応して、当該開口23Bを臨む透過部34が形成されているので、陰極13先端位置を確実に検出することができる。
In such a light source device, as shown in FIGS. 1, 2, and 4, the
Specifically, a line connecting the position of the focal point F and each of the
Here, the lateral opening 23B of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されず構成上置換可能なものについて変更可能なことは言うまでもない。
例えば、磁束供給手段に形成される透過部は、貫通穴の例で示したが、穴の一部がオープンになったスリット状の開口でもかまわない。また、コアと磁極について、ここでは別部材で構成した例で説明したが、これらについては必ずしも別部材とする必要はなく、一体で構成してもよい。また、透過部は、電極(陰極)先端を視認できる形態のものであればよく、ガラス等の光透過性、又は、透明性の部材をはめ込んだものとすることも可能である。無論、金属線からなるメッシュ状の部材を配置することも可能である。
ガラスをはめ込んだ場合は、当該ガラスにチタニア(TiO2)などをコーティングしてもよく、この場合、透過部から漏れる不要な紫外線をカットすることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention can be changed about what can be substituted on a structure without being limited to the said structure.
For example, the transmission part formed in the magnetic flux supply means is shown as an example of the through hole, but may be a slit-like opening in which a part of the hole is open. In addition, the core and the magnetic pole have been described here as examples constituted by separate members, but these are not necessarily separate members, and may be integrally formed. Moreover, the transmission part should just be a thing which can visually recognize the front-end | tip of an electrode (cathode), and it can also be set as what fitted light transmissive or transparent members, such as glass. Of course, it is also possible to arrange a mesh-shaped member made of a metal wire.
When the glass is fitted, the glass may be coated with titania (TiO 2 ), and in this case, unnecessary ultraviolet rays leaking from the transmission part can be cut.
10 ショートアークランプ
11 発光管
12 陽極
13陰極
15A、15B 口金
20 反射ミラー
21 補助反射ミラー
22
23A 第一の開口
23B 第二の開口
24A,24B 支持部材
30 磁束供給手段
31 コア
32 励磁コイル
33 磁極
34 透過部
36 電磁石用電源
40 電源装置
10 Short arc lamp 11 Arc tube 12
23A 1st opening 23B 2nd opening 24A,
Claims (1)
このショートアークランプを取り囲む反射ミラーと、
ショートアークランプの発光管に磁束を供給する磁束供給手段とを備えてなる光源装置であり、
前記反射ミラーは、焦点を通過する仮想垂直線上に設けられた第一の開口と、当該反射ミラーの焦点を通過し、凹面反射ミラーの光軸に対し直交する水平線上に設けられた第二の開口を備え、
前記磁束供給手段は、前記第二の開口と前記反射ミラーの焦点とを通過する直線上であって前記反射ミラーの外部に磁極を備え、前記磁極は、前記第二の開口に対応する位置に透過部が形成されている
ことを特徴とする光源装置。 A short arc lamp in which the cathode and the anode are arranged opposite to each other inside the arc tube, and the tube axis of the arc tube is supported horizontally;
A reflection mirror surrounding this short arc lamp,
A light source device comprising magnetic flux supply means for supplying magnetic flux to the arc tube of the short arc lamp,
The reflection mirror has a first opening provided on a virtual vertical line passing through the focal point, and a second opening provided on a horizontal line passing through the focal point of the reflection mirror and orthogonal to the optical axis of the concave reflection mirror. With an opening,
The magnetic flux supply means includes a magnetic pole on a straight line that passes through the second opening and the focal point of the reflection mirror, and is provided outside the reflection mirror, and the magnetic pole is at a position corresponding to the second opening. A light source device in which a transmission part is formed.
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