CN101255973A

CN101255973A - 光学装置

Info

Publication number: CN101255973A
Application number: CNA2007101598949A
Authority: CN
Inventors: 东间崇宽; 堀川好广; 绀谷亘
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2008-09-03
Also published as: JP4816608B2; JP2008243792A

Abstract

本发明提供一种能够有效利用灯的放射光并且适合小型化要求的光学装置。在由放电灯(10)和凹面反射镜(20)构成的光学装置中，(甲)凹面反射镜(20)由前方椭圆面反射镜部分(21)、中央球面反射镜部分(22)、及后方椭圆面反射镜部分(23)构成。(乙)虚拟切线(VTL)与光轴Z形成的角度α、和虚拟直线(VSL)与光轴(Z)形成的角度β的关系为β＞α。(丙)电极(E1)的体积V(mm³)与灯功率(P)之间的关系满足0.07×EXP(0.014×P)＜V。

Description

光学装置

技术领域

本发明涉及一种光学装置。特别涉及用于投影装置的光学装置。

背景技术

投影装置一般有采用液晶(LCD)面板的方式和采用DLP的方式。

采用LCD面板的方式有单片式和三片式，但不论何种方式，均将来自光源的放射光分离为3种颜色(RGB)，在LCD面板上对与图像信息对应的光进行透过调整，之后使透过面板的3种颜色合成并投射到屏幕上。

另一方面，采用DLP(注册商标)的方式将来自光源的放射光经由分割形成RGB的区域的旋转滤光器(Rotating Filter)，分时照射到空间调制元件(也称为光调制装置，具体地说是指DMD元件等)等，通过该DMD元件使特定的光反射并照射到屏幕上。DMD元件是按照每个象素分别铺设数百万个微镜的元件，通过控制各个微镜的朝向来控制光的投射。

DLP方式与LCD方式相比，光学系统简单并且不需要使用三片LCD面板，因此具有容易实现装置整体小型化的优点。

另一方面，投影装置的光源采用高水银蒸气压的高压放电灯。这是因为，通过提高水银蒸气压，能够以高输出功率获得可见波长区域的光。

此外，为使投射到屏幕上的图像明亮，将该放电灯(下面，简称为“灯”)组装在旋转椭圆面形状的凹面反射镜(大致呈碗形)中。通过使用凹面反射镜，能够将来自灯的放射光有效地集中在面积有限的屏幕上。

近些年来，特别是在用于演示的投影装置等中，很多情况下需要外出使用，因此从容易携带的意义出发，非常需要装置小巧、轻便。

并且，若要求投影装置小型化，则当然也要求安装于投影装置中的光学装置(放电灯及凹面反射镜)小型化。

并且，虽然受到这种尺寸上、形状上的制约，但是当然必须提高灯的放射光的利用效率。

图10表示为了提高光的利用效率而研制的反射镜的结构。

反射镜200采用了椭圆面反射镜部分210与球面反射镜部分220在放射方向上前后放置的结构。具体地说，在反射镜200的前方开口侧形成有椭圆面反射镜部分210，在后方开口侧、即顶部侧形成有球面反射镜220。

在该结构中，可以使从灯100向反射镜顶部侧放射的光L1在球面反射镜部分220反射，暂时向电弧方向(光L2)返回，之后穿过放电电弧由椭圆面反射镜部分210(光L3)朝前方开口反射(光L4)。

该结构与使用仅有椭圆面的反射镜时相比，能够切实地利用向反射镜的顶部附近放射或在顶部附近反射的光，因此能够提高光的利用效率。

但是，在电极的体积大的情况等，仍然存在放电电弧放射的光(L1)被电极本身遮挡，或者在反射镜200反射的光(L2)被电极或其它灯构成部分遮挡的问题。

图10所示的结构例如记载在日本特开平3-266824号或日本实开昭63-162320号中。

专利文献1：日本特开平3-266824

专利文献2：日本实开昭63-162320

专利文献3：日本特开2002-298625

发明内容

本发明要解决的课题在于提供一种能够有效利用灯的放射光并且适合小型化要求的光学装置。

为了解决上述课题，本发明的一种光学装置由一对电极相对设置在放电容器内的短弧型放电灯；以及被配置成在光轴与该放电灯的电弧方向一致的状态下包围该放电灯的凹面反射镜构成。

(甲)并且，凹面反射镜由前方椭圆面反射镜部分、中央球面反射镜部分、及后方椭圆面反射镜部分构成。前方椭圆面反射镜部分与后方椭圆面反射镜部分均构成为，至少第一焦点在电极间一致，并且具有相对于该凹面反射镜的光放射方向彼此处于前后的位置关系。此外，中央球面反射镜部分以第一焦点为中心位置，位于前方椭圆面反射镜部分与后方椭圆面反射镜部分之间。

(乙)进而，虚拟切线VTL与光轴Z形成的角度α和虚拟直线VSL与光轴Z形成的角度β的关系为β＞α。在此，虚拟切线VTL为从电极间的中心位置A1向位于凹面反射镜的顶部侧的电极E1的外表面形成的直线，虚拟直线VSL为由中央球面反射镜部分与后方椭圆面反射镜部分的边界位置与中心位置A1形成的直线。

(丙)进而，位于凹面反射镜的光放射方向的相反侧的电极E1的体积V(mm³)与稳定点亮时的灯功率(P)之间的关系满足0.07×EXP(0.014×P)＜V。

在本发明中，凹面反射镜由前方椭圆面反射镜部分、中央球面反射镜部分、及后方椭圆面反射镜部分构成，因此在后方椭圆面反射镜部分反射的光并不返回放电电弧，而是使其向前方开口反射。

进而，从电极间的中心位置A1向位于凹面反射镜的顶部侧的电极的外表面形成的虚拟切线VTL与放电灯的电极延伸的方向之间形成的角度α，和由中央球面反射镜部分与后方椭圆面反射镜部分的边界位置与中心位置A1处形成的虚拟直线VSL与放电灯的电极延伸的方向之间形成的角度β的关系为β＞α，因此限定了位于顶部侧的电极的形状，以使应该在后方椭圆面反射镜部分反射的光充足。

进而，一对电极中位于凹面反射镜的光放射方向的相反侧的电极的体积V(mm³)与稳定点亮时的灯功率(P)之间的关系满足0.07×EXP(0.014×P)＜V，从而位于顶部侧的电极的体积和形状受到限制，但能够具有耐受热容量的功能。

附图说明

图1表示本发明涉及的光学装置的整体结构。

图2表示本发明涉及的光学装置的其它实施例。

图3表示用于说明本发明涉及的光学装置的光放射的结构。

图4表示本发明涉及的光学装置的局部放大图。

图5表示本发明涉及的光学装置的电极体积与虚拟切线的变形例。

图6表示本发明涉及的光学装置的实验结果。

图7表示本发明涉及的光学装置的实验结果。

图8表示本发明涉及的光学装置的放电灯。

图9表示本发明涉及的光学装置的供电装置。

图10表示现有的光学装置。

具体实施方式

图1表示本发明涉及的光学装置的整体的外观图。

光学装置由放电灯(以下简称为“灯”)10和凹面反射镜(以下简称为“反射镜”)20构成。灯10的一对电极在发光部中相对设置。反射镜20以包围灯10的方式设置，灯10的电弧方向、即将电极的前端之间连接的方向与反射镜20的光轴Z一致。

灯10具有发光部11和其两端的封闭部12(12a、12b)，一个的封闭部12a被安装于反射镜20的头部(顶部)24。灯10与反射镜20的固定使用粘接剂等，但是也可以如图所示将两者直接安装，也可以使用灯头(反射基底/Reflex Base)等其它部件，将灯10安装在反射基底上，将反射镜20固定在该反射基底上。

反射镜20整体为凹面形状(大致碗形)，在前方具有用于光放射的前方开口M1，在后方(顶部)具有灯10穿过的顶部开口M2，从该前方开口M1开始，依次构成有前方椭圆面反射镜部分21、中央球面反射镜部分22、后方椭圆面反射镜部分23、以及筒状的头部24。在前方椭圆面反射镜部分21、中央球面反射镜部分22、以及后方椭圆面反射镜部分23这三个反射镜部分反射灯10的放射光，从前方开口M1放射到反射镜外部。

具体地说，前方椭圆面反射镜部分21由在前端边缘形成有前方开口M1的旋转椭圆面反射镜构成，以与该前方椭圆面反射镜部分21的后方连续的状态设有由球面镜构成的中央球面反射镜部分22，以与该中央球面反射镜部分22的后方连续的状态设有由旋转椭圆面反射镜21构成的后方椭圆面反射镜部分23。

进而，在后方椭圆面反射镜部分23的后端边缘形成有顶部开口M2，连续形成以该顶部开口M2为一个开口的头部24。灯10的封闭部12a以从顶部开口M2进入并从开口M3突出的方式设置，因此头部24的内径稍大于封闭部12a的外径，整体形状为大致圆筒形。另外，头部24不需要是在整个区域具有外壁的圆筒形状，也可以在一部分具有冷却用开口或粘接剂注入用开口，此外，形状也不局限于圆筒。进而，头部24并不是必需的，只要放电灯10能用外部机构保持，则也可以仅设置顶部开口M2。

在此，前方椭圆面反射镜部分21的第一焦点的位置、中央球面反射镜部分22的中心点的位置、以及后方椭圆面反射镜部分23的第一焦点的位置均形成于灯10的电极之间。该位置最优选为电弧最明亮的位置(亮点)，但只要是电极间的任意位置，则未必限定于亮点，例如也可方便地设定在电极间的中心位置。这是由于，如后文所述，电极间距离为2.0mm左右很小的长度。

此外，最优选前方椭圆面反射镜部分21的第一焦点的位置、中央球面反射镜部分22的中心点的位置、以及后方椭圆面反射镜部分23的第一焦点的位置在光学上完全一致，但若是实用上没有影响的范围，则也可产生一些位置偏差。这是由于，用作投影装置的光源的灯的电极间距离为2.0mm以下很小的长度，在该范围内，即使前方椭圆面反射镜部分21的第一焦点的位置、中央球面反射镜部分22的中心点的位置、以及后方椭圆面反射镜部分23的第一焦点的位置存在偏差，实质上也能发挥本发明的作用效果。因此，只要该三个位置存在于一对电极间、形成有电弧的区域内，则在本发明中可认为三个位置实质上一致。

前方椭圆面反射镜部分21、中央球面反射镜部分22、以及后方椭圆面反射镜部分23连续形成，因此前方椭圆面反射镜部分21的后端边缘的开口径与中央球面反射镜部分22的前端边缘的开口径相同，中央球面反射镜部分22的后端边缘的开口径与后方椭圆面反射镜部分23的前端边缘的开口径相同。

前方椭圆面反射镜部分21、中央球面反射镜部分22、以及后方椭圆面反射镜部分23在物理上可以由同一部件构成整体，但是也可以使各反射镜部分独立形成，或者仅使任意一个独立形成，并将它们组合。

构成各反射镜部分的材料没有特殊限制，只要能将来自灯的放射光反射即可。但是，从用于投影装置的意义出发，优选耐热性、耐强度性优良的部件。具体地说，是将硼硅酸玻璃、石英玻璃等作为基材的部件。要求耐热性的理由在于：在灯点亮时，反射镜会达到400℃左右的高温。另外，要求耐强度性的理由在于：在投影装置的内部，在与其它电气部件或光学部件密集配置的情况下不会产生变形，或者在灯万一破损时不会同样破损。

各反射镜部分的反射面在上述耐热性、耐强度性优良的基材上实施有用于使可视光区域的光的反射的反射膜。反射膜通过蒸镀铝、铑等金属蒸镀膜，或者蒸镀将氧化硅(SiO₂)与氧化钛(TiO₂)适当层积而成的多层膜而形成。另外，反射膜是整体上厚度为数μm左右的薄膜，因此未在附图中表示。

进而，反射镜20例如也可使用铝、铜等金属材料。在是金属材料的情况下，可由原材料本身反射可视光时，不需要金属蒸镀膜等反射膜。

图2是图1的变形例，表示在反射镜20的前方开口M1处安装有透光性的前玻璃25的结构。前玻璃25例如由硼硅酸玻璃构成，如图所示，可以与反射镜20直接接合，或者也可以将前玻璃25安装在框架部件上，将框架部件和反射镜接合。通过设置前玻璃25，能够使反射镜20的内部形成密闭结构。根据该密闭结构，在放电灯10万一破损时等，能够防止碎片的散落。进而，在安装前玻璃25的情况下，反射镜20的内部也可以不是完全密闭的结构，可以在前玻璃25与反射镜20的前方开口M1之间设置冷却风用开口。该冷却用开口例如可以设置在框架部件上，或在前方椭圆面反射镜部分21的一部分上设置成切口。

另外，前玻璃也可以不直接安装于反射镜20的前方开口M1上，而是采用如下结构：在反射镜的外部、即在投影装置或其它安装部件上准备实质上相当于前玻璃的部件，在将反射镜20安装于这种投影装置或安装部件上的情况下，其结果为在反射镜的前方开口M1设置前玻璃。

另一方面，如图1所示的结构，在不存在前玻璃25的情况下，具有以下优点。即，在反射镜20反射的光大部分透过前玻璃25射入设置在前方的光学元件上，但是存在很少量的光在前玻璃25再次反射而再次对灯10进行照射的成分。在这种情况下，不仅光的利用效率下降，而且还成为使灯达到高温的原因。

图3表示用于说明本发明涉及的光学装置的光的放射方向的结构。为了便于说明，对灯及反射镜的构成要素进行了部分删除。

前方椭圆面反射镜部分21的第一焦点F121、中央球面反射镜部分22的中心点F122、以及后方椭圆面反射镜部分23的第一焦点F123均与灯10的电极间的中心位置A1一致。

此外，来自前方椭圆面反射镜部分21的反射光、及来自后方椭圆面反射镜部分23的反射光的第二焦点位于棒形透镜30的入射面31的中心点A2。但是，在来自前方椭圆面反射镜部分21的反射光、及来自后方椭圆面反射镜部分23的反射光被灯自身遮挡等而无法在光学上聚光于中心点A2时，也可以将前方椭圆面反射镜部分21的第二焦点或后方椭圆面反射镜部分23的第二焦点分别设置在棒形透镜30的内部的、光轴Z的延长线上的位置F23。该第二焦点的位置由棒形透镜30的入射面31的大小、反射镜20的前方开口径、或灯的封闭部的尺寸等决定。

灯的放射光在反射镜20反射，入射到棒形透镜30。其中，光L21为在前方椭圆面反射镜部分21反射的光，并朝中心点A2聚光。另外，如上所述，反射镜20为旋转面体，因此为了简便，在图中仅示例了比光轴Z在上方的一束光，实际上以光轴Z为中心在所有方向上均存在光。

在来自灯的放射光中，光L22为朝中央球面反射镜部分22放射的光，在由中央球面反射镜部分22反射之后，经由相同的光路再次返回中心位置A1(F122)。并且，在穿过中心位置A1之后，在前方椭圆面反射镜部分21反射，在与光L21相同的线路上前进。即，中央球面反射镜部分22是以位置A1为中心点的球面，因此承担着使反射光全部返回位置点A1的任务。这样，在前方椭圆面反射镜部分21的后方设置中央球面反射镜部分22的优点在于有效利用放射光，假如在仅由前方椭圆面反射镜部分21构成反射镜的情况下，在中心位置A1产生的光中，会根据放射角度而不能引导至棒形透镜30的入射面31，另外如果仅用前方椭圆面反射镜部分21将在中心位置A1产生的光全部引导至棒形透镜30的入射面31，则会产生反射镜20的大小(径向)增大、或增大反射镜20的前方开口径等尺寸上的问题。关于这一点，可参照上述专利文献1或专利文献2。此外，中央球面反射镜不需要必须是球面，只要能够使光反射到灯中相对的一对电极之间即可，因此也可以是在电极之间具有第一焦点、第二焦点的椭圆面或满足此要求的凹面。

在来自灯的放射光中，光L23为在后方椭圆面反射镜部分23反射的光，朝中心点A2聚光。另外，在附图中，将前方椭圆面反射镜部分21的反射光标于光轴Z的上方，将后方椭圆面反射镜部分23的反射光标于光轴Z的下方，但这是由于光线的轨迹在附图上很复杂，因此仅是为了方便说明而作出了分开标识，任何反射光均以光轴Z为中心存在于所有方向上。

在此，设置后方椭圆面反射镜部分23的优点在于，能够进一步提高光的利用效率。这是由于，假设考虑未设置后方椭圆面反射镜部分23而是球面反射镜部分形成至头部的情况，则即使来自电弧的放射光中朝头部附近(图3中的位置232)放射的光(与光轴Z的角度小的光)在球面反射镜部分反射，该反射光也受到灯的玻璃管引起的折射的影响，不能返回电弧，而与电极等冲突并被遮挡。总之，即使使用球面反射镜部分，在头部24附近反射的光也不能朝电弧方向返回并良好地引导至前方椭圆面反射镜部分21。因此，在球面反射镜部分22的后方进一步设置后方椭圆面反射镜部分23，使射入到该后方椭圆面反射镜部分23的光不朝电弧方向反射，而是直接朝中心点A2反射。

在此，在光学上难以使后方椭圆面反射镜部分23聚光于中心点A2的情况下，不需要必须聚光于中心点A2。也可以在棒形透镜30的内部形成第二焦点F2。

这样，本发明的第一特征在于：由前方椭圆面反射镜部分、中央球面反射镜部分、以及后方椭圆面反射镜部分构成凹面反射镜。根据该结构，即使缩小凹面反射镜的尺寸，也能够良好地获得放射光，而不会被灯的构成部件或构成元件遮挡。

图4表示图1所示的光学装置的局部放大图。

角度α是从电极间的中心位置A1向位于反射镜20的顶部侧的电极E1的外表面延伸的虚拟切线VTL(virtual tangential line)与光轴Z相交的角度。

角度β是将中央球面反射镜部分22与后方椭圆面反射镜部分23的边界位置BL(boundary location)和中心位置A1连接的虚拟直线VSL(virtual straight line)与光轴Z相交的角度。

在此，角度β必须大于角度α。这是由于，在角度α大于角度β的情况下，从电弧向后方椭圆面反射镜部分23直射的放射光会消失，无法利用后方椭圆面反射镜部分23的功能。因此，电极E1必须设计成使角度β大于角度α的形状。角度β与角度α的关系更优选角度β＞角度α×1.5。这是由于，为了充分利用后方椭圆面反射镜部分23的功能，需要优选角度β大于角度α的1.5倍。此外，将后方椭圆面反射镜部分23的后端边缘部分232与中心位置A1连接的直线与光轴Z形成的角度为角度α的最小值。若表示为数值例，则角度α为30°，角度β为60°。

图5表示电极形状与虚拟切线VTL的变形例。

(a)表示在电极前端形成有突起的结构。电极E1及电极E2分别由棒形部分Ep和大径部Ea构成，在大径部Ea的前端分别形成有突起p1及p2。在这种情况下，中心位置A1严格地说是突起p1及p2前端之间的分离距离Dp的中心。但是，为了简便，可用电极E1和电极E2前端之间的分离距离De的中心代替。这是由于，电极间距离为2.0mm以下很小的长度，突起的大小也是0.3mm这样很小的量级。此外，也是因为，突起p伴随灯的点亮而反复增长和蒸发，突出长度始终变化。另外，日本特开2004-247092号及日本特开2001-312997号中记载了产生突起的理由及机理。因此，虚拟切线VTL为中心位置A1与大径部Ea外表面的切线。

(b)表示电极E1的前端为圆台形状的结构。电极E1由棒形部件Ep和前端的圆台部分Eb构成。虚拟切线VTL为中心位置A1与圆台部分Eb的切线，在中心位置A1与圆台部分Eb的距离近的情况下，切线VTL为与前端面的外周边缘Eb2接触的直线，此外在中心位置A1与圆台部分Eb的前端面的距离较远的情况下，虚拟切线VTL为与圆台部分Eb的底座的外周边缘Eb1接触的直线。即，根据圆台部分Eb与中心位置A1的距离的大小，虚拟切线VTL与电极Eb接触的位置会变化。这种电极E1主要用于直流点亮型灯的阳极。

(c)表示电极E1为棒形电极并卷绕有线圈C的结构。电极E1由棒形部分Ep和线圈Ec构成。在这种情况下，虚拟切线VTL用与线圈Ec的外周边缘C1接触的直线描绘。这是由于，线圈Ec为遮挡放射光的因素。这种电极主要在小型放电灯上采用，交流点亮型灯采用两个电极上，直流点亮型灯采用阴极上。线圈Ec是将线状物质卷绕在棒形部分上的结构，但是也有通过切削加工一体物而形成的情况。另外，线圈Ec在灯点亮起动时起到起动起点的功能，在平常点亮时起到散热部件的功能。

(d)表示电极E1为所谓熔融电极的结构。电极E1由棒形部分Ep、线圈部分Ec、大径部Ed、和突起p构成。该电极在一根棒上卷绕线条线圈，由该状态将线圈熔化，从而形成大径部Ed。即，线圈部分Ec没有完全熔化而保留线圈的形状，但是大径部Ed完全熔融到不保留线圈的形状而形成。此外，突起p可以是棒形部分Ep的前端，但起初也可以不形成突起p。因为会自然产生。在这种情况下，虚拟切线VTL为中心位置A1与大径部Ed的外周边缘或线圈部分Ec的外周边缘中的任意一个相连的直线。

以上，在图5中表示了电极的具体例子，并对虚拟切线VTL及中心位置A2的定义进行了说明，其重点在于，来自电弧的放射光不被电极遮挡地直射到后方椭圆面反射镜部分23的区域达到最大的切线为虚拟切线VTL。此外，本发明的第二特征在于：虚拟切线VTL和光轴Z形成的角度α与虚拟直线VSL和光轴Z形成的角度β的关系为β＞α。

进而，本发明的放电灯将电极E1的体积V(mm³)与额定点亮时的点亮功率P(wattage)之间的关系规定为“0.07×EXP(0.014×P)＜V”。这是因为，本发明的放电灯在亮灯时温度很高，因此若电极体积小，则在热容量方面无法承受而熔融。特别是在本发明中，根据上述“角度β＞角度α”的规定，电极形状受到限制，并且放电空间的内容积在300mm³以下且放电空间的最大尺寸(电极延伸方向的尺寸)为12mm左右，即比较小，因此存在无法随意增大电极体积的前提。本发明为了同时满足电极在灯点亮时不熔融、以及放射光能够到达后方椭圆面反射镜部分这两点，对电极的体积进行了规定。这是本发明的第三特征。

在本发明中，根据实验导出电极体积V(mm³)与点亮功率P(wattage)的关系。

在实验中，点亮数种电极体积V(mm³)与点亮功率P(wattage)不同的放电灯，进行与电极熔融有关的观察。

具体地说，对点亮功率P为230W、250W、275W这3种进行实验，对于230W，观察电极体积V(mm³)为1.55、1.60、1.72、1.92、2.02这5种；对于250W，观察电极体积V(mm³)为2.15、2.27、2.46、2.78这4种；对于275W，观察电极体积V(mm³)为3.01、3.08、3.24、3.34、3.40、3.68、3.95这7种。每种灯各点亮5根，因此实验的灯的总计根数是16种×5根为80根。

放电灯的结构如后述的图8所示，在电极E的前端具有突起。因此，电极如图5(a)所示。

放电灯的点亮以点亮2小时后熄灭15分钟作为一个循环，观察重复50个循环后的电极。

观察电极时，在上述50个周期结束后，通过X线装置观察电极E1，将突起完全消失判断为“熔融”，将突起的形状保留点亮初期的一半以上判断为“未熔融”。X线装置使用SMX-100(岛津制造所制造)。

在实验中，电极体积及点亮功率均作为投影装置的灯而选择属于一般范围的值。此外，作为点亮条件的“以点亮2小时后熄灭15分钟作为一个循环，重复50个循环”是假设投影装置的比较苛刻的使用状况而进行的。

图6表示实验结果。

对于230W，电极体积V(mm³)为1.55、1.60的灯的突起5根均完全消失。另一方面，电极体积V(mm³)为1.72、1.92、2.02的3种灯各自的突起5根均几乎完全保留。此外，对于250W，电极体积V(mm³)为2.15的5根灯的突起均完全消失。另一方面，电极体积V(mm³)为2.27、2.46、2.78的3种灯各自的突起5根均几乎完全保留。进而，对于275W，电极体积V(mm³)为3.01、3.08的灯各自的突起5根均完全消失。另一方面，电极体积V(mm³)为3.24、3.34、3.40、3.68、3.95的5种灯各自的突起5根均完全保留。

图7表示将上述实验结果制成图表。纵轴表示电极体积V(mm³)，横轴表示额定点亮功率P(wattage)。

在各点亮功率P(wattage)中，以未熔融的电极中体积最小的电极为点，描绘近似曲线。该近似曲线为“V＝0.0675e^0.0141P”(e的0.0141P次幂)。考虑到误差等，导出电极体积V(mm³)与额定点亮功率P(wattage)的关系式为“0.07×EXP(0.014×P)＜V”。

这样，在本发明中，即使电极的形状受到限制，以使电弧的放射光到达凹面反射镜的后方椭圆面反射镜部分，但从该电极在灯点亮时不熔融的观点出发，电极体积V与点亮功率P的关系被规定为“0.07×EXP(0.014×P)＜V”。

在此，本发明中，“电极体积”不包含棒形部分，而是指棒形部分前端的大径部分。在图5(a)中指前端大径部Ea的体积。另外，严格地说也应包含突起P的体积而进行解释，但突起p的体积与大径部Ea的体积相比非常小，并且体积随点亮时间的经过而变化，因此实际上可以用大径部Ea的体积来求出。在图5(b)中指圆台部分Eb的体积。在这种情况下，也与(a)同样不包含棒形部分Ep的体积。在图5(c)中包含线圈部分Ec及比线圈部分Ec更向前端突出的棒形部分的体积而进行解释。不包含比线圈部分Ec靠后端的棒形部分Ep的体积。在图5(d)中指线圈部分Ec与大径部分Ed的总计体积。

此外，“点亮功率”是在灯或其容器上显示的灯功率，指不包含镇流器造成的损失的灯的消耗功率。

在此，图1所示光学装置的数值例如下：

反射镜整体长度(光轴方向的长度)为34.2mm，

前方椭圆面反射镜部分21的长度(光轴方向的长度)为26.0mm，

中央球面反射镜部分22的长度(光轴方向的长度)为6.4mm，

后方椭圆面反射镜部分23的长度(光轴方向的长度)为2.0mm，

前方椭圆面反射镜部分21的前方开口径为39.3mm，

中央球面反射镜部分22的前方开口径为22.0mm，

后方椭圆面反射镜部分23的前方开口径为18.0mm，

后方椭圆面反射镜部分23的后方开口径为φ10.0mm，

前方椭圆面反射镜部分21的第一焦点距离为6.0mm，

前方椭圆面反射镜部分21的第二焦点距离为65.0mm，

灯的电极间距离为1.0mm，

反射镜的前方开口与光学元件的入射面的距离为33.0mm，

光学元件的入射面的面积为28.27mm²(φ6)。

角度α为30°。

角度β为60°。

图8表示作为本发明的对象的高压放电灯。

放电灯10具有由石英玻璃的放电容器形成的大致球形的发光部11。在该发光部11中，在前端具有块状部的一对电极E(E1、E2)以2mm以下的间隔相对设置。此外，在发光部11的两端部形成有封闭部12。在该封闭部12中，例如通过收缩密封(Shrink Seal)气密地埋设有由钼构成的导电用金属箔13。电极E的轴部与金属箔13的一端接合，此外外部导线14与金属箔13的另一端接合，从而从外部的供电装置进行供电。

电极E(E1)在棒形部分Ep上形成有大径部Em，在大径部Em的周围设置有线圈部分Ec。在大径部Em的前端形成有突起p。这些棒形部分Ep、大径部Em、线圈部分Ec、以及突起p由一根钨棒通过切削加工而作成。因此，与所谓熔融电极(通过在钨棒上卷绕线条线圈，并使该线圈熔融，从而形成大径部的电极)相比，电极整体的形状可按设计制作，能够准确地形成角度α。另外，虽然也预先形成突起p作为种子，但由于随着灯的照亮而反复增长、蒸发，因此突起p的大小会变化。另外，起初也可以制作不存在突起p的电极E。在这种情况下，也会随着灯的点亮而自然形成突起。

在发光部11中封入有水银、稀有气体、和卤素气体。水银用于获得所需的可视光波长、例如波长为360～780nm的放射光，封入0.2mg/mm³以上。该封入量根据温度条件而不同，但是在点亮时达到200大气压以上的很高的蒸气压。此外，通过将水银封入更多，可制作出点亮时的水银蒸气压在250大气压以上、300大气压以上的高水银蒸气压放电灯，水银蒸气压越高，越能够实现适用于投影装置的光源。

稀有气体例如封入氩气约13kPa。其功能在于改善点亮起动性。卤素通过碘、溴、氯等与水银或其它金属的化合物的形式封入。卤素的封入量在10^-6μmol/mm³～10^-2μmol/mm³的范围中选择。卤素的功能在于所谓的利用卤素循环实现的长寿命化，但在如本发明的放电灯等非常小型且点亮蒸气压非常高的放电灯中，还能起到防止放电容器失透的作用。

若表示放电灯的数值例，则例如发光部11的最大外径为11.5mm，电极间距离为1.0mm，发光管内容积为75mm³，额定电压为70V，额定功率为200W，并进行交流点亮。

此外，这种放电灯内置于小型投影装置中，要求整体尺寸非常小，另一方面还要求高发光光量。因此，发光部内的热影响极为严格。灯的管壁负荷值为0.8～2.0W/mm²，具体为1.5W/mm²。

在将这种具有高水银蒸气压及管壁负荷值的放电灯安装在如投影装置或高架投影仪等演示用仪器中的情况下，能够提供显色性良好的光。

另外，放电灯并不局限于交流点亮，也可以为直流点亮。

图9表示用于点亮本发明涉及的放电灯的供电装置。

供电装置由具有开关元件Qx的斩波电路91、包括线圈Lx和电容器Cx的平滑电路92，点亮起动用起动电路93、以及驱动开关元件Qx的控制电路94构成。

控制电路94通过电阻R1、R2、R3检测放电灯10的点亮电压及点亮电流，换算求出点亮功率，并且与标准功率值进行比较，对开关元件Qx进行反馈控制。

在斩波电路91中控制的电流在平滑电路92中变成直流输出，供给到放电灯10。

点亮动作如下：首先，若由起动电路93产生高压脉冲，则在放电灯10的电极间产生绝缘击穿，产生辉光放电。辉光放电随即变成电弧放电，放电灯达到稳定。

如上所述，在本发明涉及的光学装置中，凹面反射镜由前方椭圆面反射镜部分、中央球面反射镜部分、及后方椭圆面反射镜部分构成，因此在后方椭圆面反射镜部分反射的光并不返回放电电弧，而是使其向前方开口反射。

此外，从电极间的中心位置A1向位于凹面反射镜的顶部侧的电极的外表面形成的虚拟切线VTL与放电灯的电极延伸的方向之间形成的角度α，和由中央球面反射镜部分与后方椭圆面反射镜部分的边界位置与中心位置A1形成的虚拟直线VSL与放电灯的电极延伸的方向之间形成的角度β的关系为β＞α，因此限定了位于顶部侧的电极的形状，以使应该在后方椭圆面反射镜部分反射的光充足。

进而，一对电极中位于凹面反射镜的光放射方向的相反侧的电极的体积V(mm³)与稳定点亮时的灯功率(P)之间的关系满足0.07×EXP(0.014×P)＜V，从而位于顶部侧的电极的体积与形状受到限制，但能够具有耐受热容量的功能。

Claims

1.一种光学装置，由一对电极相对设置在放电容器内的短弧型放电灯；以及被配置成在光轴与该放电灯的电弧方向一致的状态下包围该放电灯的凹面反射镜构成，其特征在于：

上述凹面反射镜由前方椭圆面反射镜部分、中央球面反射镜部分、及后方椭圆面反射镜部分构成，

上述前方椭圆面反射镜部分与上述后方椭圆面反射镜部分均构成为：至少第一焦点在上述电极间一致，并且具有相对于该凹面反射镜的光放射方向彼此处于前后的位置关系，上述中央球面反射镜部分以上述第一焦点为中心位置(CP)，位于上述前方椭圆面反射镜部分与上述后方椭圆面反射镜部分之间，并且

从上述中心位置(CP)向位于上述凹面反射镜的顶部侧的电极的外表面形成的虚拟切线(VTL)与放电灯的电极延伸的方向之间形成的角度α，和由上述中央球面反射镜部分与上述后方椭圆面反射镜部分的边界位置与上述中心位置(CP)形成的虚拟直线(VSL)与放电灯的电极延伸的方向之间形成的角度β的关系为β＞α，

在上述放电灯中，上述一对电极中位于上述凹面反射镜的光放射方向的相反侧的电极的体积V(mm³)与稳定点亮时的灯功率(P)之间的关系满足0.07×EXP(0.014×P)＜V。