説明

光源ユニット及び照射装置

【課題】放電ランプを光源とする光源部と電源部とを前後に配置して構成された光源ユニットにおいて、電源部が高温になって破損することのない光源ユニット、及びこの光源ユニットを複数個並設して構成した光照射装置を提供すること。
【解決手段】筒状の外側ケース内に、放電ランプ16と凹面反射ミラー17とからなる光源部15と、放電ランプ16へ電力を供給する電源部18とを備えた光源ユニットにおいて、光源部15を冷却する冷却風経路と電源部18を冷却する冷却風経路とを分離独立したことを特徴とする光源ユニットである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超高圧水銀放電ランプのような高輝度放電ランプを備えた光源ユニット、及びその光源ユニットを複数個並設して構成した光照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、例えば、半導体集積回路基板や液晶書表示基板等の露光装置において、発光管内に、発光物質として主として水銀を0.01〜0.05mg/mm程度封入し、入力電力が数kWから数十kWの大型の高圧水銀ランプが露光用光源として用いられてきた。
【0003】
近年においては、例えば、液晶表示基板の大面積化が要求されており、このような要求に答えるべく、光照射領域を拡大した露光装置が必要とされている。光照射領域の拡大化を図るための一手段として、露光用光源の大型化を図ることが行われている。しかし、露光用光源に用いられる高圧水銀ランプを大型化することは、高圧水銀ランプを構成する発光管や電極を大型化するということであり、ランプの製作工数が大幅に増加し、製造コストが上昇するという問題がある。
【0004】
一方、最近になって、小型ランプとこの小型ランプを囲むように配置された凹面反射ミラーとからなる光源ユニットを多数組み合わせた光照射装置によって光照射領域の拡大を図ることが検討されている。このような光源部を備えた光照射装置が、例えば、特許文献1に開示されている。この光照射装置は、データプロジェクタ等の照射用光源として、好適に使用されている高圧水銀ランプよりも点灯時の動作電圧が高い超高圧水銀放電ランプが使用されている。
【0005】
【特許文献1】特開2004−361746号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、このような超高圧水銀放電ランプを多数灯配列する場合には、電源部から放電ランプまで多数灯分の高圧配線が必要となる。さらに、放電ランプの始動には高電圧が必要であり、高圧配線することは高圧印加時に電波ノイズの発生原因ともなり、また、電源部と放電ランプ間の配線距離が長いと電圧降下による点灯不良の原因ともなる。これらの理由から、放電ランプから近距離の位置に電源部を配置することが望まれる。
【0007】
しかし、光源部と電源部とからなる光源ユニットを多数上下左右に近づけて配置して光照射装置を構成する場合、光源部と電源部を前後に近距離に配置することが好ましいが、光源部を構成する放電ランプと凹面反射ミラーとが非常に高温になる。この高熱が光源部から電源部に高温のまま到ると、電源部が熱によって破損してしまうために遮熱対策を施さなければならないという問題がある。
電源部の使用周囲温度は、安全規格及び回路使用部分の使用温度条件から、冷却風の送風能力を考慮して、電源部の動作時使用周囲温度は一般に0℃〜60℃であり、この温度条件を維持するためには電源部の冷却をどうすべきかが実用上の重要な技術上の問題となる。
【0008】
しかし、従来、光源部と電源部とを近距離に配置する場合、特に、発光管温度が点灯時に900℃を越える超高圧水銀放電ランプを光源とする光源部と電源部とを近接させて配置させて光源ユニットを構成する場合、どのような構造にすれば必要な冷却が確保された光源ユニットが実現できるかは具体的には知られていない。
【0009】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、放電ランプを光源とする光源部と電源部とを前後に配置して構成した光源ユニットにおいて、電源部が高温になって破損することのない光源ユニット、及びこの光源ユニットを複数個並設して構成した光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第1の手段は、筒状の外側ケース内に、放電ランプと凹面反射ミラーとからなる光源部と、前記放電ランプへ電力を供給する電源部とを備えた光源ユニットにおいて、前記光源部を冷却する冷却風経路と前記電源部を冷却する冷却風経路とを分離独立したことを特徴とする光源ユニットである。
第2の手段は、第1の手段において、前記光源部を流通する冷却風を吸引する第1の吸引ファンと前記光源部及び前記電源部を流通する冷却風を吸引する第2の吸引ファンとを備え、前記外側ケース前面から冷却風を導入し、前記外側ケース後方から冷却風を排出するようにしたことを特徴とする光源ユニットである。
第3の手段は、第1の手段または第2の手段において、前記第2の吸引ファンの吸引量が前記第1の吸引ファンの吸引量よりも大きいことを特徴とする光源ユニットである。
第4の手段は、第1の手段ないし第3の手段のいずれか1つの手段において、前記外側ケース内の前後に前記光源部と前記電源部とを配列したことを特徴とする光源ユニットである。
第5の手段は、第1の手段ないし第4の手段のいずれか1つの手段において、前記外側ケースは、遮光機能を備えていることを特徴とする光源ユニットである。
第6の手段は、第1の手段ないし第5の手段のいずれか1つの手段において、前記放電ランプは、発光管内に、発光物質として0.08〜0.30mg/mmの水銀が封入されているとともに、2×10−4〜7×10−3mol/mmのハロゲンと希ガスが封入されており、かつ電極間距離が0.5〜2.0mmの範囲に設定されている超高圧水銀ランプであることを特徴とする光源ユニットである。
第7の手段は、第1の手段ないし第6の手段のいずれか1つの手段において、前記外側ケースと後述する第1の内側ケースとの間の前方に設けられた冷却風を導入する第1の通風口と、前記外側ケース内に配置され、前記光源部を収容し、前記第1の通風口から導入された冷却風を前記光源部に導入する第2の通風口を備える第1の内側ケースと、前記外側ケース内に配置され、前記第1の内側ケースに導入された冷却風を排出する第1の吸引ファンと、前記外側ケース内に配置され、前記電源部を収容し、前記第1の通風口から導入された冷却風を前記電源部に導入する第3の通風口を備える第2の内側ケースと、前記外側ケースと前記第2の内側ケース間に配置され、前記第1の吸引ファンから排出された冷却風が前記第3の通風口に流入することを阻止する遮断壁と、前記外側ケースと前記第2の内側ケース間に設けられ、前記第1の吸引ファンから排出された冷却風を流通させる通風路と、前記外側ケース内に配置され、前記第2の内側ケースに導入された冷却風を排出するとともに、前記通風路を流通する冷却風を排出する第2の吸引ファンと、からなることを特徴とする光源ユニットである。
第8の手段は、第1の手段ないし第6の手段のいずれか1つの手段において、前記外側ケースは上下左右4側面を有し、前記外側ケースと後述する第1の内側ケースとの間の前方に設けられた冷却風を導入する第1の通風口と、前記外側ケース内に配置され、前記光源部を収容する上下左右4側面を有し、該上下左右4側面のうち上下2側面または上下左右4側面に前記第1の通風口から導入された冷却風を前記光源部に導入する第2の通風口を備える第1の内側ケースと、前記外側ケース内に配置され、前記第1の内側ケースに導入された冷却風を排出する第1の吸引ファンを備えた上下左右4側面を有する第1の吸引ファン枠と、前記外側ケース内に配置され、前記電源部を収容する上下左右4側面を有し、該上下左右4側面のうち左右2側面に前記第1の通風口から導入された冷却風を前記電源部に導入する第3の通風口を備える第2の内側ケースと、該第2の内側ケースの上下左右4側面の上下2側面と左右2側面間の冷却風の流通を阻止する遮断壁と、前記外側ケース、前記遮断壁、及び前記第2の内側ケースの上下2側面間に形成され、前記第1の吸引ファンから排出された冷却風を流通させる通風路と、前記外側ケース内に配置され、前記第2の内側ケースに導入された冷却風を排出するとともに、前記通風路を流通する冷却風を排出する第2の吸引ファンを備えた上下左右4側面を有する第2の吸引ファン枠と、からなることを特徴とする光源ユニットである。
第9の手段は、第1の手段ないし第8の手段のいずれか1つの手段に記載の光源ユニットの複数個を近接して並設配置したことを特徴とする光照射装置である。
【発明の効果】
【0011】
本発明の光源ユニットによれば、光源部後方にある電源部を動作中での温度条件値内に冷却した状態に維持することができるので、連続使用に耐えうる光源ユニットを実現することができる。
また、本発明の光源ユニットによれば、外側ケースは遮光の役割も果たすので、光源ユニットを複数個近接配置しても、1つの光源ユニットの外側ケースから光が外部に漏れ、その光によって周囲の外側ケースの温度が上昇してしまうことを防止することができる。
また、光源ユニットの外側ケースの動作温度を所定の温度に維持することができるので、超高圧水銀放電ランプのような放電ランプを備えた光源ユニットを多段に複数個近接配置することが可能となり、大型の高圧水銀ランプを有する光照射装置に代えて小型の高圧水銀ランプを有する光照射装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明の第1の実施形態を図1ないし図5を用いて説明する。
図1は、本実施形態の発明に係る光源ユニットの外観を示す斜視図、図2は光源ユニットの外側ケース内の構造を示す斜視図、図3(a)は光源ユニットの正面図、図3(b)は光源ユニットの側面断面図、図4は光源ユニットの平面断面図である。
【0013】
これらの図において、1は筒状の上下左右4側面を有する光源ユニットの外側ケース、21は外側ケース1と第1の内側ケース4との間の前方の上下に設けられた第1の通風口、22は外側ケース1と第1の内側ケース4との間の前方の左右に設けられた第1の通風口、3は光源ユニットの前面に設けられた前面ガラス、4は光源部15を内蔵する上下左右4側面を有する第1の内側ケース、51は冷却風を第1の内側ケース4内に導入するために第1の内側ケース4の上下2側面の前方に設けられた第2の通風口、52は冷却風を第1の内側ケース4内に導入するために第1の内側ケース4の上下2側面の後方に設けられた第2の通風口、53は冷却風を第1の内側ケース4内に導入するために第1の内側ケース4の左右2側面に設けられた第2の通風口、6は第1の内側ケース4内に冷却風を導入し排出する第1の吸引ファン12を内蔵する第1の吸引ファン枠、7は電源部18を内蔵する上下左右4側面を有する第2の内側ケース、8は冷却風を第2の内側ケース7内に導入するために第2の内側ケース7の左右2側面に設けられた第3の通風口、9は上部が外側ケース1の内面に密着し、第2の内側ケース7の上下2側面上と左右2側面上間の冷却風の流通を阻止する遮断壁、10は、第1の吸引ファン枠6と第2の吸引ファン枠11間にあって、外側ケース1内面と遮断壁9と第2の内側ケース7の上下2側面との間に形成された通風路、11は、通風路10を流通した冷却風を排出するとともに、第2の内側ケース7内に冷却風を導入し排出する第2の吸引ファン14を内蔵する第2の吸引ファン枠、12は第1の吸引ファン枠6内の前部に設けられた第1の吸引ファン、13は第1の吸引ファン枠6の後部に設けられた冷却室、14は第2の吸引ファン枠11内に設けられた第2の吸引ファン、15は第1の内側ケース4に内蔵された光源部、16は光源部15を構成する超高圧水銀放電ランプ等の放電ランプ、17は光源部15を構成する凹面反射ミラー、18は第2の内側ケース7に内蔵された電源部、19は電源部ヒートシンク部、20は凹面反射ミラーベースキャップ、23は凹面反射ミラーベース、24は排風穴である。
【0014】
なお、電源部18は、放電ランプ16の点灯時の放電開始に必要な高電圧発生回路部と点灯時の放電電流を供給する給電回路部等からなるが、少なくとも前記高電圧発生回路部を含む回路部を内蔵するものである。すなわち、電源部18に、放電電流を供給する給電回路部及び冷却のための吸引ファン12、14を駆動するための駆動電源回路部等を内蔵することは必須要件でなく、これらを光源ユニットの外部に設置するようにしてもよい。
【0015】
次に、図1ないし図4を用いて、光源部15の冷却及び冷却流路について説明する。
まず、図3に示すように、第1の通風口21から第1の吸引ファン12によって吸引された冷却風の一部は、第2の通風口51から凹面反射ミラー17内に導入されて放電ランプ16を冷却する。放電ランプ16を冷却後の冷却風は、凹面反射ミラーベース23の排風穴24から凹面反射ミラー17の外に出て、凹面反射ミラーベースキャップ20間を経て第1の吸引ファン12によって排出される。また、第1の通風口21から第1の吸引ファン12によって吸引された冷却風の一部は、第2の通風口52から第1の内側ケース4内に導入され、その後、第1の吸引ファン12によって排出される。また、第1の通風口22から第1の吸引ファン12によって吸引された冷却風の一部は、第2の通風口53から凹面反射ミラー17の外側に導入され、凹面反射ミラー17外側を冷却後、凹面反射ミラーベースキャップ20間を経て第1の吸引ファン12によって排出される。第1の吸引ファン12によって排出された冷却風は冷却室13に導入される。さらに冷却室13に導入後排出された冷却風は、通風路10を通って、第2の吸引ファン14によって吸引され、第2の吸引ファン枠11外に排出される。
【0016】
ここで、凹面反射ミラーベースキャップ20の機能について述べる。第1の内側ケース4内を流通する冷却風は、第2の通風口51から凹面反射ミラー17内の放電ランプ16を冷却した後、凹面反射ミラーベース23に開口された排風穴24から出てきて第1の吸引ファン12により吸引される冷却風と、第2の通風口52から第1の吸引ファン12によって吸引された低温度の冷却風と、第2の通風口53から凹面反射ミラー17の外表面を冷却して第1の吸引ファン12によって吸引される冷却風とがある。これらの冷却風の風量バランスは、ランプ電力や凹面反射ミラー17によって最適に設計されるが、凹面反射ミラーベースキャップ20は、お互いの冷却風が干渉し流れを損なうことなく第1の吸引ファン12に吸引される役割を果たす。なお、凹面反射ミラーベースキャップ20を付ける必要のない場合もある。
【0017】
次に、図1ないし図4を用いて、電源部18の冷却及び冷却流路について説明する。
まず、図4に示すように、第1の通風口22から第2の吸引ファン14によって吸引された冷却風は、外側ケース1内の左右2側面と第1の内側ケース4の左右2側面及び第1の吸引ファン枠6の左右2側面間に形成される空間を通って、第3の通風口8から第2の内側ケース7内に導入される。第2の内側ケース7内に導入された冷却風は、電源部18を冷却後、第2の吸引ファン14によって第2の吸引ファン枠11の外部に排出される。
【0018】
上記のごとく、光源部15を冷却後の冷却風は、遮断壁9によって遮断された通風路10を通って第2の吸引ファン14によって第2の吸引ファン枠11の外部に排出されるように構成されている。そのため、光源部15を冷却後の冷却風は、第2の内側ケース7に設けられた第3の通風口8に導入されることがない。一方、電源部18を冷却する冷却風は、第1の通風口22から導入され、光源部15の冷却に関与することなく、電源部18のみを冷却するために第3の通風口8から第2の内側ケース7内に導入される。すなわち、光源部15を冷却する冷却風経路と電源部18を冷却する冷却風経路とが分離独立し区画されている。
【0019】
ここで、第1の通風口21,22から吹き込む風量は0.18m/min、第1の吸引ファン12の定格風量は0.9m/min、第2の吸引ファン14の定格風量は1.1m/min、放電ランプ16の点灯電力,電流はDC300W,3.5A、外側ケース1の外形寸法は幅94mm×高さ90mm×長さ400mm、凹面反射ミラー17の開口部形状寸法は70mm×65mm、凹面反射ミラー17の反射部肉厚は4.5mmである。
【0020】
次に、光源ユニットを構成する各部の動作温度について説明する。
光源ユニットを構成する各部の温度は、各部においてそれぞれ異なっており、各部における動作温度条件を守ることは重要であり、光源ユニットの寿命に大きく影響する。
光源ユニットにおいて、最も高温となる部品は光源部15における放電ランプ16である。放電ランプ16が超高圧水銀放電ランプである場合は、放電ランプ16の発光部のバルブ表面温度は850℃〜1050℃に維持するように冷却する必要がある。また、凹面反射ミラー17の材料として、硼珪酸ガラスを使用した場合は、500℃以下に冷却する必要がある。また、電源部18は使用周囲温度は60℃以下であり、電源部ヒートシンク部19の温度は90℃以下にすることが動作時温度条件である。また、吸引ファン12,14に直流ファンを使用する場合は、使用周囲温度は70℃以下にする必要がある。
【0021】
光源ユニットの各部の温度以外に、光源ユニットの各部を冷却ファン12,14によって吸排気する冷却風の温度を考慮する必要がある。本実施形態の光源ユニットによれば、光源部15を冷却後の冷却風に対して、第2の通風口52から低温度の冷却風を導入させて合流させることにより、第1の吸引ファン12に吸引される冷却風の温度低下を図っている。また、冷却室13を設けることにより、第1の吸引ファン12から排出された冷却風を一次溜りさせることにより、部分的な高温部が外側ケース1や第2の内側ケース7に形成されないようにしている。
【0022】
図5は、図3及び図4に示す光源ユニット内の各部(p1〜p11)における測定温度を示す表である。
同表に示すように、光源ユニット内の各部(p1〜p11)における測定値は、各部(p1〜p11)における上限値内に収まっていることが分かる。
【0023】
次に、本発明の第2の実施形態を図6を用いて説明する。
図6は、本実施形態の発明に係る光照射装置の外観を示す斜視図である。
この光照射装置は、第1の実施形態の発明に係る光源ユニットを複数個を近接して並設配置したものである。
本実施形態の光照射装置によれば、第1の実施形態の発明に係る光源ユニットを多数組み合わせることによって光照射領域の拡大を図ることができる。
なお、本実施形態の光照射装置に用いられる光源ユニットの外側ケース1は、1個の光源ユニットの外側ケース1から直射光が外部に出て、周囲の光源ユニットの温度を上げないように遮光の役割を担っている。また、光源ユニット1間の熱伝導や熱輻射等によって光源ユニット相互で温度上昇が起こらないように、すなわち、外側ケース1が高温にならないように、外側ケース1と外側ケース1内の内側ケース4等の構造物との間に通風間隙が形成される。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】第1の実施形態の発明に係る光源ユニットの外観を示す斜視図である。
【図2】光源ユニットの外側ケース内の構造を示す斜視図である。
【図3】光源ユニットの正面図及び側面断面図である。
【図4】光源ユニットの平面断面図である。
【図5】図3及び図4に示す光源ユニット内の各部(p1〜p11)における測定温度を示す表である。
【図6】第2の実施形態の発明に係る光照射装置の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
【0025】
1 外側ケース
21,22 第1の通風口
3 前面ガラス
4 第1の内側ケース
51,52,53 第2の通風口
6 第1の吸引ファン枠
7 第2の内側ケース
8 第3の通風口
9 遮断壁
10 通風路
11 第2の吸引ファン枠
12 第1の吸引ファン
13 冷却室
14 第2の吸引ファン
15 光源部
16 放電ランプ
17 凹面反射ミラー
18 電源部
19 電源部ヒートシンク部
20 凹面反射ミラーベースキャップ
23 凹面反射ミラーベース
24 排風穴

【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状の外側ケース内に、放電ランプと凹面反射ミラーとからなる光源部と、前記放電ランプへ電力を供給する電源部とを備えた光源ユニットにおいて、
前記光源部を冷却する冷却風経路と前記電源部を冷却する冷却風経路とを分離独立したことを特徴とする光源ユニット。
【請求項2】
前記光源部を流通する冷却風を吸引する第1の吸引ファンと前記光源部及び前記電源部を流通する冷却風を吸引する第2の吸引ファンとを備え、前記外側ケース前面から冷却風を導入し、前記外側ケース後方から冷却風を排出するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。
【請求項3】
前記第2の吸引ファンの吸引量が前記第1の吸引ファンの吸引量よりも大きいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光源ユニット。
【請求項4】
前記外側ケース内の前後に前記光源部と前記電源部とを配列したことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つの請求項に記載の光源ユニット。
【請求項5】
前記外側ケースは、遮光機能を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1つの請求項に記載の光源ユニット。
【請求項6】
前記放電ランプは、発光管内に、発光物質として0.08〜0.30mg/mmの水銀が封入されているとともに、2×10−4〜7×10−3mol/mmのハロゲンと希ガスが封入されており、かつ電極間距離が0.5〜2.0mmの範囲に設定されている超高圧水銀ランプであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1つの請求項に記載の光源ユニット。
【請求項7】
前記外側ケースと後述する第1の内側ケースとの間の前方に設けられた冷却風を導入する第1の通風口と、
前記外側ケース内に配置され、前記光源部を収容し、前記第1の通風口から導入された冷却風を前記光源部に導入する第2の通風口を備える第1の内側ケースと、
前記外側ケース内に配置され、前記第1の内側ケースに導入された冷却風を排出する第1の吸引ファンと、
前記外側ケース内に配置され、前記電源部を収容し、前記第1の通風口から導入された冷却風を前記電源部に導入する第3の通風口を備える第2の内側ケースと、
前記外側ケースと前記第2の内側ケース間に配置され、前記第1の吸引ファンから排出された冷却風が前記第3の通風口に流入することを阻止する遮断壁と、
前記外側ケースと前記第2の内側ケース間に設けられ、前記第1の吸引ファンから排出された冷却風を流通させる通風路と、
前記外側ケース内に配置され、前記第2の内側ケースに導入された冷却風を排出するとともに、前記通風路を流通する冷却風を排出する第2の吸引ファンと、
からなることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の光源ユニット。
【請求項8】
前記外側ケースは上下左右4側面を有し、
前記外側ケースと後述する第1の内側ケースとの間の前方に設けられた冷却風を導入する第1の通風口と、
前記外側ケース内に配置され、前記光源部を収容する上下左右4側面を有し、該上下左右4側面のうち上下2側面または上下左右4側面に前記第1の通風口から導入された冷却風を前記光源部に導入する第2の通風口を備える第1の内側ケースと、
前記外側ケース内に配置され、前記第1の内側ケースに導入された冷却風を排出する第1の吸引ファンを備えた上下左右4側面を有する第1の吸引ファン枠と、
前記外側ケース内に配置され、前記電源部を収容する上下左右4側面を有し、該上下左右4側面のうち左右2側面に前記第1の通風口から導入された冷却風を前記電源部に導入する第3の通風口を備える第2の内側ケースと、
該第2の内側ケースの上下左右4側面の上下2側面と左右2側面間の冷却風の流通を阻止する遮断壁と、
前記外側ケース、前記遮断壁、及び前記第2の内側ケースの上下2側面間に形成され、前記第1の吸引ファンから排出された冷却風を流通させる通風路と、
前記外側ケース内に配置され、前記第2の内側ケースに導入された冷却風を排出するとともに、前記通風路を流通する冷却風を排出する第2の吸引ファンを備えた上下左右4側面を有する第2の吸引ファン枠と、
からなることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の光源ユニット。
【請求項9】
請求項1ないし請求項8のいずれか1つの請求項に記載の光源ユニットの複数個を近接して並設配置したことを特徴とする光照射装置。


【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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【公開番号】特開2007−328973(P2007−328973A)
【公開日】平成19年12月20日(2007.12.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−158100(P2006−158100)
【出願日】平成18年6月7日(2006.6.7)
【出願人】(000102212)ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Fターム(参考)】