JP4249350B2 - ランプハウス及び光源装置 - Google Patents

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Description

【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に関するものである。また、本発明は、このような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ランプハウス及びこれを利用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に係る本発明のランプハウスは、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、内部に収容させるためのランプハウスにおいて、ガス放電管を収容する放電管収容部を有するシリンダ形状の本体部と、本体部の外周に形成されると共に、ガス放電管の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と、本体部に設けられると共に、管軸線に対して直交する方向にガス放電管から放出される光を外部に導出させる光取出し部とを備えたことを特徴とする。
【0006】
このランプハウスでは、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。
【0007】
請求項2に係るランプハウスにおいて、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に係るランプハウスにおいて、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鉛直方向に延在するように縦置きに設置され、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且つ水平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。
【0010】
この光源装置に利用され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にし、それによって、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。このようにし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。そして、このようなランプハウスは、ランプボックス内で縦置きに設置される。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且つ水平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、ランプハウスを縦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。
【0011】
請求項5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。
【0012】
請求項6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。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるランプハウス及び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、本発明に係るランプハウスに適用させ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及び図9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内に縦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が実質的に鉛直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の底板63の略中央に当接配置させ、取付けネジ62が底板63を貫通するように、下から雌ネジ部43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の縦置き固定によって、差込み口45が上方に配置され、その結果、重水素放電管10は光源装置60内に上から装填されることになる。そして、ランプボックス61の上板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63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水平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の四側面のうちの一側板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、対向する他方の側板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がビス等で側板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、底板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】
本発明のランプハウス42及び光源装置60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10に示すように、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。また、冷却フィンは、図7に示すような円形に限定されるものではなく、図11に示すように、楕円形状の冷却フィン47Bを採用してもよく、また、図12に示すように、矩形状の冷却フィン47Cであってもよい。更に、冷却フィン47B,47Cは、個別的に独立して並設させた形状のものに限られず、螺旋状に連続させた形状のものであってもよい。
なお、光源装置60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】
本発明によるランプハウスは、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、内部に収容させるためのランプハウスにおいて、ガス放電管を収容する放電管収容部を有するシリンダ形状の本体部と、本体部の外周に形成されると共に、ガス放電管の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と、本体部に設けられると共に、管軸線に対して直交する方向にガス放電管から放出される光を外部に導出させる光取出し部とを備えたことにより、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。
【0048】
また、本発明に係る光源装置は、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鉛直方向に延在するように縦置きに設置され、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且つ水平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】本発明に係るランプハウスに適用させ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断面図である。
【図9】図8に示した光源装置を紙面に垂直な面で切った断面図である。
【図10】本発明に係るランプハウスの他の実施形態を示す正面図である。
【図11】本発明に係るランプハウスの更に他の実施形態を示す断面図である。
【図12】本発明に係るランプハウスの更に他の実施形態を示す断面図である。
【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、47,47A,47B,47C…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。

Claims (6)

  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、内部に収容させるためのランプハウスにおいて、
    前記ガス放電管を収容する放電管収容部を有するシリンダ形状の本体部と、
    前記本体部の外周に形成されると共に、前記ガス放電管の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と、
    前記本体部に設けられると共に、前記管軸線に対して直交する方向に前記ガス放電管から放出される光を外部に導出させる光取出し部とを備えたことを特徴とするランプハウス。
  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記載のランプハウス。
  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記載のランプハウス。
  4. 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鉛直方向に延在するように縦置きに設置され、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且つ水平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。
  5. 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4記載の光源装置。
  6. 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5記載の光源装置。
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