JP5272983B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
而して、近年、モバイル型プロジェクタ装置の開発が進み、かかるモバイル型プロジェクタ装置の光源として用いられる超高圧放電ランプにおいては、更なる高輝度化が要求されている。超高圧放電ランプの高輝度化を図る手段としては、特殊な形状を有する発光管を用いる手段が提案されている(特許文献1参照)。
この発光管81における発光部82内には、それぞれタングステンからなる一対の電極90が互いに対向するよう配置されている。この電極90の各々は、基端部分が発光管81のシール部85に埋設された電極芯線91の先端に保持されている。電極芯線91の基端には、発光管81のシール部85に埋設された導電性金属箔92が溶接されて接続され、この導電性金属箔92には、発光管81のシール部85の外端から突出する外部リード93が接続されている。
発光部82は、その中央領域83における内面がトーラス形状に形成され、当該中央領域83の両端に続く縁領域84の内面が、それぞれシール部85に向かうに従って小径となる円錐台状に形成されている。
凹面反射ミラー95は、楕円球面鏡すなわち楕円球面状の反射面96を有する集光型のものである。この凹面反射ミラー95の中央頂部には、貫通孔97が形成されると共に、当該凹面反射ミラー95の光軸方向に沿って後方(図4において左方)に伸びる円筒状の頸部98が一体的に形成されている。この凹面反射ミラー95の頂部における貫通孔97および頸部98の筒孔内に、超高圧放電ランプ80の発光管81における一方のシール部85が当該凹面反射ミラー95の光軸向に沿って挿入されることにより、当該凹面反射ミラー95が、超高圧放電ランプ80の発光管81における発光部82を取り囲み、その光軸が発光管81の管軸と一致するよう配置されている。
また、凹面反射ミラーとして、集光型のものに代えて平行光型のものを用いたときには、当該凹面反射ミラーによって良好な平行光を形成することが困難である、という問題がある。
前記発光部の内面は、前記凹面反射ミラーの前方側に形成された第1の凹状曲面と、前記凹面反射ミラーの後方側に形成された第2の凹状曲面とよりなり、
前記第1の凹状曲面と前記第2の凹状曲面との境界が、前記発光管の管軸に垂直な平面に沿って形成され、かつ、前記発光部の中心よりも前記凹面反射ミラーの後方側に位置されており、
前記第1の凹状曲面および前記第2の凹状曲面の各々は、前記電極芯線に接近するに従って曲率が大きくなる曲面であり、
前記発光管の管軸に沿った任意の断面において、当該発光管の管軸方向をX軸としたとき、前記第1の凹状曲面は、下記式(1)で示される曲線に沿って形成され、前記第2の凹状曲面は、下記式(2)で示される曲線に沿って形成されており、下記式(1)におけるAおよび下記式(2)におけるBは、1<A<Bの関係を満たし、かつ、下記式(1)におけるαおよび下記式(2)におけるβは、0.001≦α<β≦0.1の関係を満たすことを特徴とする。
式(1) Y=logA X−αX2
式(2) Y=logB X−βX2
図1は、本発明の光源装置の一例における構成を示す説明用断面図であり、図2は、図1に示す光源装置における超高圧放電ランプの要部を拡大して示す説明用断面図である。 この光源装置は、超高圧放電ランプ1と、この超高圧放電ランプ1からの光を反射する凹面反射ミラー30とを具えてなる。
発光管10におけるシール部15の各々の内部には、モリブデンよりなる金属箔16が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設され、金属箔16の各々の一端には、一対の電極20における電極芯線21が溶接されて電気的に接続されており、一方、金属箔16の各々の他端には、シール部15の外端から外方に突出する外部リード17が溶接されて電気的に接続されている。
そして、凹面反射ミラー30の頂部における貫通孔32および頸部33の筒孔内に、超高圧放電ランプ1の発光管10における一方のシール部15が当該凹面反射ミラー30の光軸向に沿って挿入されることにより、当該凹面反射ミラー30が、超高圧放電ランプ1の発光管10における発光部11を取り囲み、その光軸が発光管10の管軸と一致するよう、かつ、その一方の焦点が超高圧放電ランプ1のアークの中心位置すなわち発光部11の外面を形成する球面の中心Pに位置するよう配置されている。
発光部11内に封入される水銀は、例えば150気圧以上の高い水銀蒸気圧を確保するために、その封入量が0.15mg/mm3 以上とされる。この水銀の封入量を増加することにより、点灯時に200気圧以上、または300気圧以上の高い水銀蒸気圧を得ることができ、プロジェクタ装置に適した光源を実現することができる。
発光部11内に封入される希ガスは、点灯始動性を改善するためのものであり、その封入圧は、静圧で例えば10〜26kPaである。また、希ガスとしては、アルゴンガスを好適に用いることができる。
発光部11内に封入されるハロゲンは、発光部11内においてハロゲンサイクルを形成すると共に、これにより、電極物質であるタングステンが発光部11の内壁に付着することを抑制するためのものであり、水銀その他の金属との化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、例えば1×10-6〜1×10-2μmol/mm3 である。また、ハロゲンとしては、沃素、臭素、塩素などを用いることができる。
また、発光部11内には、更に他の放電媒体としてハロゲン化金属を封入することもできる。
第1の凹状曲面12と第2の凹状曲面13との境界Qは、発光管10の管軸に垂直な平面に沿って形成され、かつ、発光部11の外面を形成する球面の中心Pよりも凹面反射ミラー30の後方側に位置されている。また、第1の凹状曲面12および第2の凹状曲面13の各々は、電極芯線21に接近するに従って曲率が大きくなる曲面とされている。
そして、発光管10の管軸に沿った任意の断面において、第1の凹状曲面12は、下記式(1)で示される曲線に沿って形成され、一方、第2の凹状曲面13は、下記式(2)で示される曲線に沿って形成されている。すなわち、第1の凹状曲面12は、下記式(1)で示される曲線が発光管10の管軸を中心軸として回転したときの曲面によって形成され、一方、第2の凹状曲面13は、下記式(2)で示される曲線が発光管10の管軸を中心軸として回転したときの曲面によって形成されている。
式(1) Y=logA X−αX2
式(2) Y=logB X−βX2
ここで、上記式(1)におけるAおよび上記式(2)におけるBは、1<A<Bの関係を満たし、かつ、上記式(1)におけるαおよび上記式(2)におけるβは、0.001≦α<β≦0.1の関係を満たすものである。
また、Aの値は、3.0以下であることが好ましく、AとBとの差(B−A)は、0.3〜0.7であることが好ましい。
また、第1の凹状曲面12と第2の凹状曲面13との境界Qの内径は、例えば2〜9mmである。
また、発光管10の外径は、例えば6〜15mmである。
先ず、図3(1)に示すように、石英ガラスよりなる発光管材10Aを用意し、この発光管材10Aの管内に例えば窒素ガスを吹き込みながら、当該発光管材10Aにおける発光部となる中央部分11Aを、例えばガスバーナーなどの加熱機40によって加熱することにより、図3(2)に示すように、当該中央部分11Aを軟化して膨らませる。
次いで、例えばタングステンよりなる金属棒42の先端に設けられた発光部内面用成形板41を、発光管材10Aの管内に挿入し、図3(3)に示すように、当該発光部内面用成形板41を、発光管材10Aの中央部分11Aの管内に配置する。一方、発光管材10Aの中央部分の外面に、発光部外面用成形ローラー45を配置する。
以上において、発光部内面用成形板41は、その一辺が、形成すべき発光部の第1の凹状曲面および第2の凹状曲面の各々の断面に係る曲線によって形成されてなるものである。また、発光部外面用成形ローラー45の表面は、形成すべき発光部の外面の形状に対応する形状とされている。
そして、発光管材10Aの管内に例えば窒素ガスを吹き込みながら、当該発光管材10Aおよび発光部外面用成形ローラー45を回転させ、その中央部分11Aを発光部内面用成形板41および発光部外面用成形ローラー45によって成形することにより、図3(4)に示すように、発光管材10Aに発光部11が形成される。
このような光源装置は、小型のプロジェクタ装置に用いられる光源装置として好適である。
図1および図2に示す構成に従い、下記の仕様を有する光源装置(L1)〜光源装置(L3)を作製した。また、以下の仕様において、発光管における発光部の第1の凹状曲面および第2の凹状曲面の形状(具体的には、A、B、βおよびαの値)を除き、全てのランプに共通の仕様である。
発光管(10)は、石英ガラス製で、発光部(11)の外面は直径10mmの球面により形成され、発光部(11)の内面における第1の凹状曲面(12)と第2の凹状曲面(13)との境界(Q)における内径が4.5mm、発光部(11)の内部における管軸方向の長さが8.9mm(第1の凹状曲面(12)側の長さが5.8mm、第2の凹状曲面(13)側の長さが3.1mm)、中心面(F1)と境界面(F2)との距離aが1.5mm、シール部(15)の外径が5mmである。また、発光部(11)における第1の凹状曲面(12)は、上記式(1)並びに下記表1に示すAおよびαの値から定められる曲線に沿って形成され、第2の凹状曲面(13)は、上記式(2)並びに下記表1に示すBおよびβの値から定められる曲線に沿って形成されている。
発光管(10)内には、0.25mg/mm3 の水銀、アルゴンガスおよび5×10-6μmol/mm3 の臭素が封入されている。
・電極は、純度が5Nのタングステン製で、その他の仕様は下記表1に示す通りである。 電極(20)はそれぞれタングステンよりなり、電極(20)間の距離は1.0mmである。
・入力電圧は230Wである。
[凹面反射ミラー(30)]
凹面反射ミラー(30)は、楕円球面状の反射面(31)を有する集光型のものであって、前方開口径が52mm、頂部に形成された貫通孔(32)の内径が12mm、焦点距離が60mmであり、その一方の焦点に超高圧放電ランプ(1)のアークの中心位置に位置するよう配置されている。
10 発光管
10A 発光管材
11 発光部
11A 中央部分
12 第1の凹状曲面
13 第2の凹状曲面
15 シール部
16 金属箔
17 外部リード
20 電極
21 電極芯線
30 凹面反射ミラー
31 反射面
32 貫通孔
33 頸部
40 加熱機
41 発光部内面用成形板
42 金属棒
45 発光部外面用成形ローラー
80 超高圧放電ランプ
81 発光管
82 発光部
83 中央領域
84 縁領域
85 シール部
90 電極
91 電極芯線
92 導電性金属箔
93 外部リード
95 凹面反射ミラー
96 反射面
97 貫通孔
98 頸部
F1 境界面
F2 中心面
P 中心
Q 境界
Claims (1)
- 発光部および当該発光部の両端に連設されたシール部を有する石英ガラスよりなる発光管内に、希ガスおよび0.15mg/mm3 以上の水銀が封入されると共に、それぞれ基端部が前記シール部に埋設された電極芯線の先端に設けられた一対の電極が互いに対向するよう配置されてなるショートアーク型の超高圧放電ランプと、前記発光部を取り囲み、その光軸が当該発光管の管軸と一致するよう配置された凹面反射ミラーとを具えてなる光源装置において、
前記発光部の内面は、前記凹面反射ミラーの前方側に形成された第1の凹状曲面と、前記凹面反射ミラーの後方側に形成された第2の凹状曲面とよりなり、
前記第1の凹状曲面と前記第2の凹状曲面との境界が、前記発光管の管軸に垂直な平面に沿って形成され、かつ、前記発光部の中心よりも前記凹面反射ミラーの後方側に位置されており、
前記第1の凹状曲面および前記第2の凹状曲面の各々は、前記電極芯線に接近するに従って曲率が大きくなる曲面であり、
前記発光管の管軸に沿った任意の断面において、当該発光管の管軸方向をX軸としたとき、前記第1の凹状曲面は、下記式(1)で示される曲線に沿って形成され、前記第2の凹状曲面は、下記式(2)で示される曲線に沿って形成されており、下記式(1)におけるAおよび下記式(2)におけるBは、1<A<Bの関係を満たし、かつ、下記式(1)におけるαおよび下記式(2)におけるβは、0.001≦α<β≦0.1の関係を満たすことを特徴とする光源装置。
式(1) Y=logA X−αX2
式(2) Y=logB X−βX2
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