CN1299319C

CN1299319C - 短弧放电灯和光源装置

Info

Publication number: CN1299319C
Application number: CNB031786995A
Authority: CN
Inventors: 菊池康郎; 东本阳一郎; 松岛竹夫
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2023-07-22
Also published as: JP4251474B2; CA2435058C; US20040075390A1; CA2435058A1; CN1480979A; DE10331510A1; JP2004055416A; DE10331510B4; US7057345B2

Abstract

本发明提供这样一种短弧放电灯，其起动性良好、发光管不易受损伤、来自发光管的放射光无损失。该短弧放电灯，其特征在于：在放电空间内具有一对对置电极的短弧放电灯中，在放电空间内除该电极外，至少有一个导电元件，该导电元件的电位与加高压侧的电极的电位相同，该导电元件的前端离开该对置电极的距离大于加高压侧电极和对置电极之间的距离。

Description

短弧放电灯和光源装置

技术领域

本发明涉及短弧放电灯和使用该灯的光源装置，尤其涉及短弧放电灯的起动性改进。

背景技术

在短弧放电灯中，一般如图1的概要图所示，在发光管10的外面把触发丝(トリガ一ワイヤ一)5跨接在2个密封部上，且缠绕到密封部6上，该触发丝5具有降低灯起动时绝缘击穿电压的作用。图中，H.V是高压脉冲发生器。供DLP^TM(德州仪器公司(Texas InstrumentsIncorporated)的商标)投影仪用的短弧放电灯采用高压稀有气体放电灯。高压稀有气体放电灯，稀有气体的封入压力高，细小因素造成破裂的可能性大，所以不希望有异物接触发光管10的外面。然而，随着封入气体压力的提高，绝缘击穿电压也提高，为了提高易起动性，必须有触发机构，按上述方法安装触发丝5。

但是，在上述现有技术中，存在以下问题。也就是说，在发光管10的外面按上述方法安装触发丝5，会损伤发光管，或者随着起动，在发光管10的外面的触发丝5的接触部分产生结晶化，失去透明性。并且，沿发光管10的外面而布置的触发丝5所处的部分上，从发光管10放射的放射光被遮挡。

并且，由于起动时发光管10变为高温，造成触发丝5氧化、变质，所以，随着起动次数的增加，起动性恶化。

再者，在发光管外面若有触发丝，则在使短弧放电灯和凹面反射镜相组合作为光源装置的情况下，当反射镜面接近发光管时高电压泄漏，从而出现危险，所以很难提高聚光范围。

发明内容

本发明的目的在于提供这样一种短弧放电灯以及利用该放电灯来提高聚光范围的光源装置，其起动性良好，发光管不易受损伤，来自发光管的放射光无损失。

为了解决上述的问题，如技术方案1所述的发明，即短弧放电灯，其特征在于：在放电空间内具有一对对置电极的短弧放电灯中，在该放电空间内除该电极外，至少有一个导电元件，该导电元件的电位与加高压侧的电极的电位相同，该导电元件的前端离开该对置电极的距离大于加高压侧电极和对置电极之间的距离。

技术方案2所述的发明，是指技术方案1所述的短弧放电灯，其特征在于：该导电元件的前端与发光管内壁相接触或者相接近。

技术方案3所述的发明，是技术方案1或2所述的短弧放电灯，其特征在于：该导电元件被布置在电弧中心起电极轴周围的光有效利用角的范围的外侧。

技术方案4所述的发明是一种光源装置，其特征在于：具有凹面反射镜，从凹面反射镜的前面开口一侧将技术方案1或2所述的短弧放电灯的2个密封部中的一个密封部穿通插入到该凹面反射镜的颈部的孔中。

技术方案4所述的发明是一种光源装置，其特征在于：具有凹面反射镜，从凹面反射镜的前面开口一侧将技术方案3所述的短弧放电灯的2个密封部中的一个密封部穿通插入到该凹面反射镜的颈部的孔中。

在本发明中所述的短弧放电灯是指这样的放电灯，即作为封入气体选择了Xe、Kr、Ar或这些的混合气体的任一的放电灯；或者，把这些气体作为缓冲气体，另外封入水银、卤化金属中的某一种或其多种的放电灯。电极间距离例如为数mm～10数mm。

并且，所谓光有效利用角的范围是指配光角，在图13中用通过电极轴的截面表示，所谓从电弧中心来看的角度α的范围、即光有效利用角的范围，准确地说是指以该α角度横贯电极轴的全周的范围。

布置在放电空间内的电极以外的导电元件与加高压侧的电极同电位，在上述导电元件上施加高压，该导电元件的前端的电场局部增强，其局部的气体达到放电击穿电压，产生电离，生成电晕放电(局部放电)。在本发明的灯中，根据推测，利用由上述电晕放电而产生的电磁波借助光电效应从阴极或阳极上感应产生电子放射，使主电极间的绝缘击穿电压降低，发生主放电。当开始主放电时，由于导电元件的前端离开对置电极的距离大于加高压侧的电极和对置电极之间的距离的本发明的这种结构，在起动时被外加上数10KV的电极间的电位差下降到数10V，所以，达不到电离开始的电场强度，电晕放电停止。

而且，以氙短弧放电灯为代表的高压稀有气体放电灯，由于封入气体压力高，在导电元件的前端上电晕放电容易被限定，尤其成为本发明的良好示例。

附图说明

图1表示过去的高压放电灯的概要图。

图2表示本发明的高压放电灯的概要图。

图3表示涉及本发明的导电元件的安装例子。

图4表示涉及本发明的导电元件的安装例子。

图5表示涉及本发明的导电元件的安装例子。

图6表示涉及本发明的导电元件的安装例子。

图7表示涉及本发明的导电元件的前端形状的例子。

图8表示涉及本发明的导电元件的前端形状的例子。

图9表示本发明的高压放电灯的实施例。

图10表示确认本发明的效果的实验例的情况。

图11表示过去的光源装置。

图12表示本发明的光源装置。

图13表示光有效利用角的说明图。

具体实施方式

以下利用附图，详细说明本发明的实施方式。图2表示本发明的灯的概要图。在放电空间20内有一对对置电极2、3的高压放电灯中，在放电空间20内除阳极2、阴极3外，还有前端锐利的导电元件15，该导电元件15的电位与来自高压脉冲发生器H·V的加高压侧的电极(在此情况下为3)的电位相同。并且，导电元件15的前端离对置电极的距离L2大于加高压侧电极(这时为3)和对置电极(这时为2)之间的距离L1(L1＜L2)。并且，导电元件15的根部固定在电极芯棒11上。

而且，导电元件15的连接方法例如有以下几种：(1)如图3(a)、(b)所示缠绕连接在加高压侧(H·V侧)的电极2(或3)上；(2)如图4(a)、(b)所示，连接在与加高压侧的电极2(或3)相连的电极芯棒11(或12)上；(3)如图5(a)、(b)所示与密封箔13(或14)相连接；(4)如图6所示在灯的外部与加高压侧电极的供电线16相连接。

导电元件的材料，如果以Mo、W、Ta、Zr等高熔点金属为基体金属，并至少在该零件的前端部上包含Th、La、Ce、Hf、Ba等的功函数较低的物质，那么，与仅用Mo、W、Ta、Zr等的高熔点金属时相比，能在较低的电压下开始放电。

导电元件的形状，希望如图7所示，直径比发光管内的2个电极细，其前端是尖端角θ1、该θ1小于接近导电元件的位置上的电极前端锥部(圆锥状部)的角度θ(θ＞θ1)。这是因为角度小时电场容易集中，电场被增强。或者，希望如图8所示，前端直径(Φ1.Φ2)小于接近导电元件的位置上的电极前端直径(Φ)，即Φ＞Φ1、Φ2，这也是因为前端直径较小时电场集中。导电元件在此是棒状，为前端尖的针状，但前端不一定要是尖锐的。如图8所示，如果导电元件本身是细的，那么前端既可以是圆弧状的，也可以是方形的。并且，导电元件的前端以外的部分也可以是板状的。另外，若设置多个导电元件，则从各个导电元件前端开始电晕放电。

图9表示陶瓷制反射镜一体型的氙短弧放电灯的概要剖视图。该灯的导电元件是把金属丝23缠绕在阴极3的支柱22上，该金属丝23的前端布置成与阴极3相平行面向阳极2，或者，如图9所示，导电元件也可以是把阴极3的支柱22变形，制成锐角的凸起部23′。或者，也可以把导电元件直接安装在阴极3上(无图示)。符号25是蓝宝石制成的前面透光板，符号29是反射镜面。

图11表示过去的短弧放电灯光源装置，图12表示本发明的短弧放电灯，图11的过去的光源装置90中，如果缠绕在密封部6′上的外部触发丝5和位于凹面反射镜30颈部的孔31的距离较近，那么，触发丝和反射镜之间的绝缘击穿电压低于电极间的绝缘击穿电压，先进行放电，所以，有可能高压漏电。因此，过去使颈部的孔31的开口直径增大，但另一方面，本发明的光源装置100不担心漏电，与过去的光源装置相比，能减小颈部的孔41的开口直径，使凹面反射镜40小型化，能减小凹面反射镜40的前面开口直径，其结果，聚光效率提高。

同13表示对导电元件布置的一个良好例子。若导电元件布置在离开电弧中心、位于电极轴周围的光有效利用角的范围，即配置在图中不妨碍主电极上放射的、角度α的范围外侧，则灯发出的光利用效率较高。

以下作为具体的事例，在输出功率2kw，氙封入压力2MPa，电极间距离5mm的DLP投影仪用高压氙灯中布置了涉及本发明的发光管内导电元件。把灯结构零部件的Φ0.2的玻璃管固定Mo(钼)丝27延伸到发光管内作为导电元件。对缠绕在电极芯棒28上的玻璃管固定Mo丝27进行拉伸，布置成其前端离对置电极的距离大于加高压侧电极和该对置电极之间的距离。并且，倾斜地进行切断，使Mo丝27的前端尖锐。在此情况下，Mo丝27缠绕在电极芯棒28上，所以与电极芯棒28导通。按以下3种方式进行了起动性确认试验。

<起动性确认试验>

如图10(a)所示，布置成Mo丝27与阴极3相平行，其前端来到阴极的锥部开始倾斜的位置附近。

如图10(b)所示，布置成Mo丝27的前端与发光管10内壁相接触。

接近图10(b)的方式是布置成Mo丝27的前端与发光管10不接触，位于1mm以内的接近距离处。

按照在过去的发光管外部设置触发丝的情况以及上述3种方式，分别各制作2个灯，检验了绝缘击穿电压。

对点灯起动时的绝缘击穿电压进行了测量，其结果如下。

像过去那样，在发光管外部缠绕触发丝的情况下，该灯的绝缘击穿电压为30～33KV。与此相比，本发明的方式绝缘击穿电压大大降低，在①的情况下为25～27KV，在②或③的情况下为22～24KV。

在①、②、③本发明的方式的情况下，导电元件设置在灯内部，所以，导电元件不会氧化变质，在灯的寿命结束前起动性不降低。发光管内产生的现象是：在①的情况下，当施加高压时在导电元件的Mo丝27前端像火花那样产生放电。并且，在②、③的情况下，放电在真空管(バルブ)内壁上从导电元件前端扩展成蜘蛛网状。估计，这是电晕放电使放电的方式转移成为沿玻璃内面的沿面放电。

根据以上结果，可推测如下。利用比主电极间的绝缘击穿电压低的电压(约10KV)，从Mo丝前端产生电晕放电。利用该放电所产生的电磁波通过光电效应，从阳极或阴极上感生电子放电，能降低电极间的绝缘击穿电压。主放电一开始，起动时外加上数10KV的电极间的电位差下降到数十V，所以，达不到电离开始的电场强度，电晕放电停止，仅主放电继续进行。

而且，在以上的说明中举例表示了直流型灯。但是，在交流型灯中也是如此，只要是在灯上外加高压进行起动的方法，不管是直流还是交流，内部的导电元件都能有效地发挥作用，当然能达到本发明的效果。

发明的效果

如以上详细说明的那样，若采用技术方案1所述的发明，则在放电空间内具有一对对置电极的短弧放电灯中，在该放电空间内，除该电极外，至少有一个导电元件，该导电元件与加高压侧的电极同电位，使该导电元件的前端离开该对置电极的距离大于加高压侧电极和对置电极之间的距离，这样，能制成起动性良好，发光管外部的触发丝不会造成发光管损伤的短弧放电灯。

若采用技术方案2所述的发明，则使导电元件的前端接触或接近发光管内壁，能制成起动性更好的短弧放电灯。

若采用技术方案3所述的发明，则通过把导电元件设置在离开电弧中心的电极轴周围的光有效利用角的范围的外侧，能制成来自发光管的放射光不受损失的光利用效率高的短弧放电灯。

若采用技术方案4所述的发明，则能制成一种光源装置，其中具有凹面反射镜，从凹面反射镜的前面开口一侧将技术方案1～3中的任一项所述的短弧放电灯的2个密封部中的一个密封部穿通插入到该凹面反射镜的颈部的孔中，这样，能减小反射镜的开口直径，能提供一种具有来自发光管的放射光不受损失、扩大聚光范围的短弧放电灯的光源装置。

Claims

1、一种短弧放电灯，其特征在于：在放电空间内具有一对对置电极的短弧放电灯中，在该放电空间内除该电极外，至少有一个导电元件，该导电元件的电位与加高压侧的电极的电位相同，该导电元件的前端离开该对置电极的距离大于加高压侧电极和对置电极之间的距离。

2、权利要求1所述的短弧放电灯，其特征在于：该导电元件的前端与发光管内壁相接触或者相接近。

3、权利要求1或2所述的短弧放电灯，其特征在于：该导电元件被布置在电弧中心起电极轴周围的光有效利用角的范围的外侧。

4、一种光源装置，其特征在于：具有凹面反射镜，从凹面反射镜的前面开口一侧将权利要求1或2所述的短弧放电灯的2个密封部中的一个密封部穿通插入到该凹面反射镜的颈部的孔中。

5、一种光源装置，其特征在于：具有凹面反射镜，从凹面反射镜的前面开口一侧将权利要求3所述的短弧放电灯的2个密封部中的一个密封部穿通插入到该凹面反射镜的颈部的孔中。