CN105374659A - 短弧放电灯及光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供短弧放电灯及光源装置，能够防止在密封管内传播的光所造成的密封管及对开接合玻璃的破损、变形。本发明的短弧放电灯经由对开接合玻璃(7)密封接合与发光管连续设置的密封管、和支承配置在发光管内的电极的电极芯棒，所述短弧放电灯的特征在于，在密封管的表面设有光放射面和光反射面，将在密封管内传播的光从光放射面向外部放射。

Description

短弧放电灯及光源装置

技术领域

本发明涉及适合于曝光装置或投影装置等的光源的短弧放电灯及使用了短弧放电灯的光源装置。

背景技术

一直以来，作为投影装置的光源，已知有如图2所示的短弧放电灯，该短弧放电灯在发光管3内封入有以氙气等稀有气体为主要成分的放电气体。

在该短弧放电灯中，在石英玻璃制的发光管3的两端连续地形成有石英玻璃制的密封管4，在发光管3内配置有以钨或钼为主要成分的一对电极5，该电极5通过与以钨或钼为主要成分的电极芯棒6接合而被保持。

另外，该短弧放电灯(以下称为“灯”)通过使点亮中的发光管内部的放电气体压力变得非常高，来提高亮度。并且，在发光管内部未封入水银，因此，灯的点亮时流过灯的电流值比封入有水银的短弧水银放电灯高。因此，为了使得即使在高封入气体压力下密封管4也不会破损，而且向电极5供给大电流，采用了对开接合(段継)玻璃密封构造，该对开接合玻璃密封构造中，使与电极5接合的电极芯棒6从密封管端部突出，在密封管4的内部经由对开接合玻璃7密封接合电极芯棒6和密封管4。

有时在密封管4上设有灯头8。另外，有时灯头8与电极芯棒6电连接。灯头8例如具有保持灯、或安装向电极芯棒6供给点亮电流的布线的功能等。

在发光管3中封入有大气压以上的氙气来作为放电气体，向灯供给了点亮电力时，通过电极之间的放电而产生电弧，从电弧放射以可见光为中心的紫外光到红外光的大范围区域的光。如图1所示，灯2被配置在一方开口且以电弧为焦点的椭圆状的反射镜1内。从灯放射的光被反射镜1会聚而得以利用。

然而，从电弧放射的光的一部分以光在光纤的内部进行全反射的方式，在发光管3及与发光管3连续设置的密封管4的内部传播(以下称为“光纤效应”)。另外，电弧具有规定的宽度，从偏离了反射镜1的焦点的位置的电弧放射的光没有被反射镜1适当地会聚，而被照射到发光管3和密封管4。所照射的光的一部分因光纤效应而在发光管3及密封管4的内部传播。

图4是现有的经由对开接合玻璃7接合了密封管4和电极芯棒6的对开接合玻璃密封构造的剖视图。密封管4经由在灯轴向外侧描绘弧那样的突出部9与对开接合玻璃7接合。在一般情况下，通过熔融等进行加工、变形，来制造出这样的密封管的形状，因此，在制造时，会在密封管4的突出部9处残留有微小的加工形变。

从电弧放射的光的一部分L1朝向灯轴向端部，在密封管4的内部传播，集中在密封管4的突出部9。放电所产生的光是从紫外线到红外线的大范围区域的光，紫外线会切断构成密封管4的石英玻璃的分子耦合，导致石英玻璃劣化。特别是，紫外线集中在密封管4的突出部9这样的具有形变的部分处，由此，形变部分的分子耦合被切断，石英玻璃变脆，不久便会产生裂纹。如果在产生了裂纹的状态下点亮灯，则有可能因高压状态的放电气体而以裂纹为起点导致灯破裂。

同样地，红外线集中在密封管4的突出部9，从而密封管的突出部9被加热。由此，在突出部9处进一步产生因热造成的形变，从而容易产生上述的紫外线集中所造成的裂纹。另外，包含突出部9的密封管被加热，由此，保持着电极芯棒6的对开接合玻璃7也被加热。如果对开接合玻璃7的温度超过形变点，则对开接合玻璃7产生形变，并且，对开接合玻璃7的温度长时间地超过形变点，由此，对开接合玻璃7一点点地变形。另外，如果对开接合玻璃7的温度超过软化点，则对开接合玻璃7在短时间内较大程度地变形。对开接合玻璃7因点亮中的高压状态的放电气体而向灯轴向外侧变形，导致由电极芯棒支承的电极的位置也随着对开接合玻璃而移动。因此，电弧的位置偏离反射镜的焦点，导致放射的光的利用效率降低。并且，有时因电极之间距离的变动而引起的灯的点亮电力特性的变化，导致无法正常地点亮灯。

对此，通过在密封管4的外表面具有光反射部件，能够防止光照射密封管4。然而，密封管4在灯的点亮中被加热至几百度。其结果是，例如有可能产生如下这样的不利影响等：因密封管4与光反射部件的热膨胀差而对密封管4施加应力，从而密封管4破损；或者，光反射部件的成分与密封管4发生反应而使密封管4的强度劣化，从而密封管4破损。除此以外，利用光反射部件无法防止在密封管内部传播的光。另外，在密封管表面具有这种能够耐受住几百度的温度环境的光反射部件时，导致灯的制造成本上升。

发明内容

为了解决上述课题，第1方面所述的短弧放电灯包括：发光管，其在内部具有一对电极；电极芯棒，其支承所述电极；以及密封管，其与所述发光管连续设置，且与所述电极芯棒密封接合，所述密封管包括：外侧密封管，其与所述发光管连续设置；外侧密封管直径缩小部，其与所述外侧密封管连续设置，且外径朝向灯轴向外侧缩小；外侧密封管端部，其与所述外侧密封管直径缩小部连续设置，且沿着灯径向位于所述外侧密封管直径缩小部的电极芯棒侧；内侧密封管，其与所述外侧密封管端部的发光管侧连续设置；以及对开接合玻璃，其与所述内侧密封管连续设置，且与所述电极芯棒密封接合，所述短弧放电灯的特征在于，在所述外侧密封管端部的灯轴向外侧端面上具有沿着灯径向的第1平坦面，所述第1平坦面比所述外侧密封管的内径更靠灯径向内侧，在所述外侧密封管端部的电极芯棒侧内周面的一部分处，具有直径增大部，所述直径增大部具有比所述外侧密封管端部的灯轴向外侧端面的内径大的内径且直径朝向灯轴向内侧增大。

第2方面所述的短弧放电灯在第1方面所述的短弧放电灯中，其特征在于，所述第1平坦面是第1光放射面，所述第1光放射面将在所述外侧密封管的内部传播的光向所述密封管外部放射，所述直径增大部是光反射面，所述光反射面将在所述外侧密封管端部的内部朝向灯径向内侧传播的光向灯轴向反射。

第3方面所述的短弧放电灯在第2方面所述的短弧放电灯中，其特征在于，在所述外侧密封管端部的灯端侧具有管状的导光部，所述导光部的内表面与所述电极芯棒侧内周面连续，在所述管状的导光部的灯轴向外侧端面上具有沿着灯径向的第2平坦面，所述第2平坦面是第2光放射面，所述第2光放射面将被所述光反射面反射并在所述导光部的内部传播的光向外部放射。

第4方面所述的短弧放电灯在第2方面或第3方面所述的短弧放电灯中，其特征在于，所述直径增大部的具有最大内径的部分比所述外侧密封管端部的灯轴向中心更靠所述发光管侧。

第5方面所述的光源装置具有第1方面至第4方面中的任意一项所述的短弧放电灯，所述光源装置的特征在于，包括：所述短弧放电灯；以及椭圆状的反射镜，其一方开口，并配置成围着所述短弧放电灯，以在所述反射镜的开口侧具有所述密封管的方式具有短弧放电灯，所述密封管在所述外侧密封管端部的灯轴向外侧端面上具有平坦面。

根据本发明，能够抑制在密封管的内部传播的光集中在密封管的端部，并且，能够将因光纤效应而在密封管的内部传播的光向灯轴向外侧放射，能够防止光所包含的紫外线及红外线所造成的灯破损、或电极位置偏离。

附图说明

图1是本发明的灯及反射镜的概略剖视图。

图2是本发明的灯的概略剖视图。

图3是本发明实施方式的密封构造剖视图。

图4是现有的灯的密封构造截面说明图。

图5是在外侧密封管端部具有平坦面的灯的密封构造截面说明图。

图6是具有外侧密封管直径缩小部的灯的密封构造截面说明图。

图7是本发明实施方式的具有直径增大部的密封构造截面说明图。

图8是本发明实施方式的具有导光部的密封构造截面说明图。

标号说明

1：反射镜；2：灯；3：发光管；4：密封管；401：外侧密封管；402：外侧密封管直径缩小部；403：外侧密封管端部；404：内侧密封管；405：平坦面(第1光放射面)；406：电极芯棒侧内周面；407：直径增大部；408：管状的导光部；409：平坦面(第2光放射面)；5：电极；6：电极芯棒；7：对开接合玻璃；8：灯头；9：密封管的突出部；10：产生了热形变的部分；M1：外侧密封管端部的灯轴向中心；R1：灯轴向外侧端面的内径；R2：直径增大部的最大内径。

具体实施方式

以下，根据附图，具体地说明本发明的实施方式。图2是示出本发明的灯的构造的概略剖视图。

该灯由以下部分构成：发光管3，其在内部具有一对电极5；电极芯棒6，其与电极5接合且支承电极5；以及密封管4，其与发光管3的两端连续设置且经由对开接合玻璃7密封接合电极芯棒6。有时在密封管的端部设有灯头8。是一种在发光管3内封入有大气压以上的氙气来作为放电气体的短弧放电灯。

使用图3，对本发明的灯的密封构造进行说明，图3示出了本发明实施方式的密封构造剖视图。

密封管4由以下部分构成：外侧密封管401，其与发光管3连续设置；外侧密封管直径缩小部402，其与外侧密封管401连续设置，且外径朝向灯轴向外侧缩小；外侧密封管端部403，其与外侧密封管直径缩小部402连续设置，且沿着灯径向位于外侧密封管直径缩小部402的电极芯棒侧；以及内侧密封管404，其一端与外侧密封管端部403的发光管侧连续设置，另一端与对开接合玻璃7连续设置。

在外侧密封管端部403的灯轴向外侧端面上，比外侧密封管的内径更靠内侧，具有沿着灯径向的平坦面(第1光放射面)405，作为后述的将在外侧密封管的内部传播的光向外部放射的光放射面。在外侧密封管端部403的电极芯棒侧内周面406的一部分中，具有直径增大部407，作为后述的将在外侧密封管端部403的内部朝向灯径向内侧传播的光朝灯轴向反射的光反射面，其中，该直径增大部407具有比外侧密封管端部403的灯轴向外侧端面的内径R1大的内径R2且直径朝灯轴向内侧增大，该直径增大部407的具有最大内径的部分比外侧密封管端部403的灯轴向中心M1更靠发光管侧。灯轴向中心M1是具有第1光放射面405的外侧密封管端部403的壁厚最薄的部分在灯轴向上的壁厚中央。

在外侧密封管端部403的灯轴向外侧具有管状的导光部408，导光部408的内表面与电极芯棒侧内周面406连续，在管状的导光部408的灯轴向外侧端面具有沿着灯径向的平坦面(第2光放射面)409，作为后述的光放射面，该光放射面将被作为光反射面的直径增大部407反射而在导光部408的内部传播的光向外部放射。

参见图1及图2，当向灯供给了点亮电力时，通过电极5之间的放电而产生电弧，由电弧放射出以可见光为中心的从紫外光到红外光的大范围区域的光。放射的光从发光管3向外部放射，被在灯周边所设置的以电弧为焦点的反射镜1会聚而得以利用。然而，由电弧放射出的光的一部分因光纤效应而在发光管3及密封管4的内部传播。并且，从偏离反射镜1的焦点的位置的电弧放射的光的一部分被反射镜照射到发光管3及密封管4，因光纤效应而在发光管3及密封管4的内部传播。

图5示出在外侧密封管端部具有平坦面的灯的密封构造截面说明图。如图5所示，通过使外侧密封管端部403的灯轴向外侧端面全部成为平坦面(第1光放射面)405，能够抑制在外侧密封管401内传播的光L1的全反射，使光L1向外部放射。然而，在外侧密封管端部403中存在密封管的厚度极厚的部分10，在该部分处因灯的点亮熄灭时的加热冷却情况的差异而产生热形变。其结果是，在外侧密封管401内传播来的光L1从第1光放射面405放射之前，传播至产生热形变的部分10处，由光L1所包含的紫外线切断了热形变的分子耦合。其结果是，在产生了热形变的部分10处产生裂纹，最终有可能导致灯破损。

因此，如图6所示，在外侧密封管401与外侧密封管端部403之间设置了使外侧密封管401的外径缩小至外侧密封管401的内径以下的外侧密封管直径缩小部402，在比外侧密封管401的内径更靠灯径向内侧的位置处设置了第1光放射面405。由此，能够抑制因外侧密封管端部403的极端壁厚增加而造成的热形变的产生，且能够将在外侧密封管401内传播的光L1向外部放射。

然而，外侧密封管直径缩小部402的外表面是曲面，由此，在外侧密封管401内传播来的一部分的光L2不会从第1光放射面405向外部放射，而在外侧密封管端部403内朝向灯径向内侧传播，从外侧密封管端部403的电极芯棒侧内周面406放射而照射到电极芯棒6。由此，因光L2所包含的红外线，使得电极芯棒6的被照射了红外线的部分601被加热从而温度上升。

关于本发明的短弧放电灯所使用的密封接合电极芯棒6和对开接合玻璃7的对开接合玻璃密封构造，与将金属箔焊接到电极芯棒后用密封管密封接合金属箔的金属箔密封构造相比，是电极芯棒的温度耐受性弱的密封构造。这是因为，对开接合玻璃与使用于密封管的石英管相比，形变点及软化点较低且耐热性较低。

电极因点亮而被加热，其热量从电极经由电极芯棒进行传递，从而对开接合玻璃7被加热。如果电极芯棒6的被照射到红外线的部分601的温度上升，则不仅从电极，还从被照射到红外线的部分601侧传递热，由此对开接合玻璃7被进一步加热而变得温度更高。

在发光管3内封入有大气压以上的氙气来作为放电气体，不论灯处于点亮还是熄灭中，与放电气体接触的对开接合玻璃7都始终受到从发光管内侧朝向外侧的压力。因此，从被照射红外线的部分601侧也传递热，由此对开接合玻璃7被进一步加热，如果温度超过形变点甚至软化点，则对开接合玻璃7以向发光管外侧膨胀的方式变形，从而由对开接合玻璃7保持的电极芯棒6、及由电极芯棒6支承的电极5的位置发生移动。其结果是，产生因电极之间距离增大而造成的灯的点亮电力特性的变化、因在电极上产生的电弧偏离反射镜1的焦点而造成的照度降低等不良情况。另外，如果电弧偏离反射镜1的焦点，则被反射镜1照射到密封管4的光的量增加，进而有时导致上述不良情况变得更严重。

图7示出本发明实施方式的具有直径增大部的密封构造截面说明图。

如图7所示，在外侧密封管端部403的电极芯棒侧内周面406的一部分处设有直径增大部407，作为将朝向灯径向内侧传播的光L2向灯轴向反射的反射面，其中，该直径增大部407具有比外侧密封管端部的灯轴向外侧端面的内径R1大的内径R2且直径朝向灯轴向内侧增大。由此，能够抑制光L2从电极芯棒侧内周面406朝向电极芯棒6放射，从而防止电极芯棒601的加热。

但是，通过设置作为光反射面的直径增大部407，光L2的一部分向灯轴向内侧、即发光管侧反射，所反射的光L2的一部分在内侧密封管404内传播。由此，光L2传播至对开接合玻璃7而使对开接合玻璃7的温度上升，或光L2从内侧密封管404向电极芯棒6放射而使电极芯棒6的温度上升。其结果是，有可能因上述对开接合玻璃7的温度超过形变点甚至软化点而产生不良情况。

因此，将直径增大部407中的直径增大程度最大的、即内径最大的部分设在比外侧密封管端部403的灯轴向中心M1更靠近发光管侧的位置处。由此，能够将在外侧密封管端部403中朝向灯径向内侧传播的光L2的大部分向灯轴向外侧反射，能够抑制对开接合玻璃7的温度上升。这样，为了使得不向电极芯棒601侧放射光L2而向灯轴向外侧反射光，优选使具有直径增大部407的电极芯棒侧内周面406的灯轴向截面形状成为大致V字状。

图8示出本发明实施方式的具有导光部的密封构造截面说明图。

如图8所示，在外侧密封管端部403的灯轴向外侧端面上具有管状的导光部408，该导光部408的内表面与电极芯棒侧内周面406连续，在导光部408的灯轴向外侧端面上设有平坦面409(第2光放射面)。在外侧密封管端部403中朝向灯径向内侧传播的光L2被作为光反射面的直径增大部407朝向灯轴向外侧反射，而在导光部408内传播。在导光部408内进行传播的光L2从第2光放射面409向外部放射。

如果导光部408不存在，则从第1光放射面405放射的光有时被照射到电极芯棒601附近。然而，通过使光L2在导光部408内传播，并使其从远离外侧密封管端部403的第2光放射面409放射，能够防止向外部放射的光被照射到电极芯棒601附近，能够使得放射的光不会照射到电极芯棒6、或使得放射的光照射到比电极芯棒更靠灯轴向外侧的位置处。由此，能够抑制因从密封管4放射的光而造成的对开接合玻璃7的温度上升。

另外，为了抑制在外侧密封管端部401内传播的光L1从外侧密封管端部403的发光管侧端面410照射到内侧密封管404及对开接合玻璃7，发光管侧端面410优选为曲面。但是，在为了抑制外侧密封管端部403的壁厚差，而在发光管侧端面410上也需要设置沿着灯径向的平坦面的情况下，优选的是，该平坦面的面积至少比第1光放射面405小。

如图1所示，灯配置在一方开口且以电弧为焦点的椭圆状的反射镜1的内部。因此，反射镜的开口侧的密封管被反射镜1照射由偏离反射镜的焦点的位置的电弧放射的光，由此，与另一个密封管相比，在密封管内部传播的光所造成的密封管的破损、以及对开接合玻璃的变形等不良情况的发生率增高。因此，优选为，具有以上所记载的将在密封管内部传播的光向外部放射的构造的密封管至少用于反射镜的开口侧的密封管。

Claims (5)

1.一种短弧放电灯，其包括：

发光管，其在内部具有一对电极；

电极芯棒，其支承所述电极；以及

密封管，其与所述发光管连续设置，且与所述电极芯棒密封接合，

所述密封管包括：

外侧密封管，其与所述发光管连续设置；

外侧密封管直径缩小部，其与所述外侧密封管连续设置，且外径朝向灯轴向外侧缩小；

外侧密封管端部，其与所述外侧密封管直径缩小部连续设置，且沿着灯径向位于所述外侧密封管直径缩小部的电极芯棒侧；

内侧密封管，其与所述外侧密封管端部的发光管侧连续设置；以及

对开接合玻璃，其与所述内侧密封管连续设置，且与所述电极芯棒密封接合，

所述短弧放电灯的特征在于，

在所述外侧密封管端部的灯轴向外侧端面上具有沿着灯径向的第1平坦面，所述第1平坦面比所述外侧密封管的内径更靠灯径向内侧，

在所述外侧密封管端部的电极芯棒侧内周面的一部分处具有直径增大部，所述直径增大部具有比所述外侧密封管端部的灯轴向外侧端面的内径大的内径且直径朝向灯轴向内侧增大。

2.根据权利要求1所述的短弧放电灯，其特征在于，

所述第1平坦面是第1光放射面，所述第1光放射面将在所述外侧密封管的内部传播的光向所述密封管外部放射，

所述直径增大部是光反射面，所述光反射面将在所述外侧密封管端部的内部朝向灯径向内侧传播的光向灯轴向反射。

3.根据权利要求2所述的短弧放电灯，其特征在于，

在所述外侧密封管端部的灯轴向外侧具有管状的导光部，所述导光部的内表面与所述电极芯棒侧内周面连续，

在所述管状的导光部的灯轴向外侧端面上具有沿着灯径向的第2平坦面，

所述第2平坦面是第2光放射面，所述第2光放射面将被所述光反射面反射并在所述导光部的内部传播的光向外部放射。

4.根据权利要求2或3所述的短弧放电灯，其特征在于，

所述直径增大部的具有最大内径的部分比所述外侧密封管端部的灯轴向中心更靠所述发光管侧。

5.一种光源装置，其特征在于，所述光源装置包括：

所述短弧放电灯；以及

椭圆状的反射镜，其一方开口，并配置成围着所述短弧放电灯，

所述光源装置以在所述反射镜的开口侧具有所述密封管的方式，具有权利要求1至3中的任意一项所述的短弧放电灯，所述密封管在所述外侧密封管端部的灯轴向外侧端面上具有平坦面。