JP2004055226A

JP2004055226A - ショートアーク型超高圧放電ランプおよび光源装置

Info

Publication number: JP2004055226A
Application number: JP2002208455A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Horikawa; 堀川　好広
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】高い発光強度を有する可視光を得ることができるショートアーク型超高圧放電ランプおよび点灯が容易である光源装置を提供すること。
【解決手段】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプは、発光管部と封止管部とを有する放電容器を具えてなり、発光管部に紫外線反射膜が形成されていることを特徴とする。ここで、紫外線反射膜は、酸化タンタル層と二酸化ケイ素層とにより形成されていることが好ましい。本発明の光源装置は、上記ショートアーク型超高圧放電ランプと、反射ミラーと、前面ガラスとよりなり、放電空間に紫外光を照射するための紫外光補助光源を備えてなることを特徴とする。ここで、紫外線反射膜には、紫外光補助光源からの紫外光を導入する紫外光導入部が形成されていることが好ましい。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影装置の光源に利用される、ショートアーク型超高圧放電ランプおよび光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、プロジェクターなどの投影機器の光源装置の光源としては、例えばショートアーク型超高圧放電ランプが利用されているが、かかるショートアーク型超高圧放電ランプにおいては、石英ガラスよりなる放電容器内に、陰極および陽極が対向配置されると共に、この放電容器により形成された放電空間に、例えばキセノンガスなどの放電ガスと共に、水銀が封入されている。
【０００３】
而して、近年、このようなショートアーク型超高圧放電ランプとしては、高い輝度を有し、従って、投影装置の光源として用いられた場合に高いスクリーン照度を得ることができるものが要求されており、高いスクリーン照度を得るために、（１）水銀の封入密度を増加させる方法、（２）放電容器を小径化して発光管部における管壁温度を上昇させ、これにより放電アークにおけるガス密度を高くする方法、（３）入力電力を高くして、放電アークの温度を高くする方法、などの種々の方法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、上記の（１）から（３）の方法によれば、ショートアーク型超高圧放電ランプの点灯動作中において、その内部圧力が高くなって放電容器が破裂する可能性が高くなると共に、電極に対する負荷が大きくなって電極の損耗が促進されることにより、使用寿命が大幅に短くなる、という問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、高い発光強度を有する可視光を得ることができ、しかも、所期の使用寿命を確実に達成することができるショートアーク型超高圧放電ランプを提供することにある。
本発明の他の目的は、点灯が容易である光源装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のショートアーク型超高圧放電ランプは、放電空間を区画する発光管部と、当該発光管部の両端部に連設された封止管部とを有する放電容器を具え、前記放電空間に一対の電極が対向して配置されると共に、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入されてなるショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、
発光管部の外周表面に、波長４００ｎｍ以下の光を反射する紫外線反射膜が形成されていることが好ましい。
ここで、紫外線反射膜は、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）層と二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層とにより構成された多層膜により形成されていることが好ましい。
【０００７】
本発明の光源装置は、上記のショートアーク型超高圧放電ランプと、この放電ランプからの光を反射する反射ミラーと、この反射ミラーの前面開口に設けられた前面ガラスとよりなる光源装置であって、前記放電ランプの放電空間に紫外光を照射するための紫外光補助光源を備えてなることを特徴とする。ここで、紫外線反射膜には、紫外光補助光源からの紫外光を導入する紫外光導入部が形成されていることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプについて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの構成の一例を示す説明用断面図である。このショートアーク型超高圧放電ランプ１は、直流点灯型のものであり、その放電容器１０は、石英ガラスにより形成され、楕円球形の発光管部１１と、この発光管部１１の両端から外方に伸びるよう連設されたロッド状の封止管部１２、１３とを有する。
【０００９】
発光管部１１により区画された放電空間１０１内においては、放電容器１０の管軸Ｌ１上において、電極間距離が例えば１．２ｍｍとなる状態で陰極１４と陽極１５とが互いに対向配置されている。
【００１０】
陽極１５は、先端に向かうに従ってその外径が小さくなるよう円錐台状に形成された、例えばタングステンよりなり、管軸Ｌ１方向に伸びるよう配設された電極棒１６（以下、「陽極棒」という。）の先端側部分に設けられている。そして、この陽極棒１６の基端側部分は金属箔１８を介して外部リード棒１９に接続されて陽極構造体が形成されている。
この陽極構造体は、金属箔１８が封止管部１２に位置する態様で配設されており、この封止管部１２の外端部が、例えばバーナーなどにより加熱されることにより当該金属箔１８が気密に埋設されて気密シールが形成されている。
【００１１】
陰極１４は、電極棒１７（以下、「陰極棒」という。）の先端部分に金属コイル１７Ａが巻回されて形成されており、陰極棒１７の基端側部分が金属箔１８を介して外部リード棒１９に接続されて陰極構造体が形成されている。
そして、この陰極構造体が、金属箔１８が封止管部１３に位置する態様で配設され、封止管部１３の外端部が、例えばバーナーなどにより加熱されることにより当該金属箔１８が気密に埋設されて気密シールが形成されている。
【００１２】
ここで、放電空間１０１内には、水銀が、例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上、特に好ましくは０．１８〜０．２７ｍｇ／ｍｍ^３となる量で封入されていると共に、臭素が、例えば２．０×１０^−２〜５．０×１０^−２μｇ／ｍｍ^３特に好ましくは２．５×１０^−２〜４．０×１０^−２μｇ／ｍｍ^３、また、例えばアルゴンなどの希ガスよりなる封入ガスが、例えば１３ｋＰａとなる封入圧で封入されている。
【００１３】
発光管部１１の外周壁面には、その全部の面を覆うように、波長４００ｎｍ以下の紫外線（以下、「特定の紫外線」ともいう。）を反射する、波長選択性を有する反射特性（以下、「特定の反射特性」ともいう。）を有する紫外線反射膜２０が形成されている。
紫外線反射膜２０としては、具体的には、水銀原子の発光に基因した波長約３６５ｎｍの紫外線を、例えば８０％以上、特に９０％以上の高い効率で反射するものであることが好ましい。
ここで、紫外線反射膜２０は、波長４００ｎｍより長い例えば水銀原子の発光に基因した波長４３６ｎｍの光を、例えば８０％以上の高い効率で透過するものであることが好ましい。
【００１４】
以上のような特定の反射特性を有する紫外線反射膜２０は、金属酸化物よりなる多層膜により好適に形成することができ、具体的な多層膜を構成する各薄層の材質および厚さ、薄層の積層パターンなどの種々の条件を適宜に設定することにより、特定の紫外線を反射する、特定の反射特性を有するものを形成することが可能である。ここで、前記薄膜は、例えばスパッタリング蒸着法などの適宜の手法を利用することにより好適に形成することができる。
【００１５】
紫外線反射膜２０としては、例えば酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）と、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）とによる多層膜を、優れた耐熱性を有する点で、特に好適に用いることができる。
【００１６】
本発明のショートアーク型超高圧放電ランプ１における寸法例の一例を挙げると、以下のとおりである。発光管部１１の最大外径は１０〜１３ｍｍ、内容積は１５０〜３００ｍｍ^３とされる。また、封止管部１２、１３の外径は６〜１０ｍｍ、長さは１０〜６０ｍｍとされる。陽極１５の最大外径は２．５〜４．０ｍｍ、陽極棒１６の外径は０．５〜１．５ｍｍである。
【００１７】
以上の構成を有する本発明のショートアーク型超高圧放電ランプ１においては、適宜の電源装置（図示せず）に接続されて点灯状態とされることにより、放電アークから３００〜８００ｎｍの波長の光が放射されるが、特定の紫外線については、その大部分が紫外線反射膜２０により放電空間１０１内へ反射される。
【００１８】
その結果、後述する実験例からも明らかなように、当該特定の紫外線は、少なくともその一部が可視光に変換されるのであって、その理由としては、放電空間１０１の内部に存在する例えば水銀原子などのガス原子、すなわち発光原子が、当該特定の紫外線を吸収し、これにより、エネルギー準位が高い励起状態へ移行するが、これらの励起状態にある発光原子が、エネルギー準位の低い状態、すなわち脱励状態へ移行し、このときに、可視光波長域に波長を有する光を放出するためであると考えられる。
【００１９】
また、励起状態にある発光原子は、例えば電子を含む三体衝突などの現象により、発光を伴わず、発熱のみを伴う態様で脱励状態へ移行する場合もあるが、この場合においても、当該発熱により放電空間内におけるガス温度の均一化が図られて、発光原子が活性化されて放電アーク中心部における当該発光原子の存在密度が大きくなり、その結果、ショートアーク型超高圧放電ランプ１自体における可視光の発光効率が高くなることも理由の一つであると考えられる。
【００２０】
本発明のショートアーク型超高圧放電ランプによれば、発光管部の外周壁面に特定の反射特性を有する紫外線反射膜が形成されているため、この紫外線反射膜により反射された波長４００ｎｍ以下の紫外線に係る、従来利用されなかったエネルギーの少なくとも一部が可視光となるため、その他の点灯条件を変更することなく、ショートアーク型超高圧放電ランプにおいて優れた可視光の発光効率を得ることができて、高い輝度を有する放電アークを形成することができ、かつ、所期の使用寿命を確実に達成することができる。
【００２１】
図２は、本発明の光源装置の構成の一例を示す説明用断面図である。
この光源装置３０は、上記の紫外線反射膜２０を有するショートアーク型超高圧放電ランプ１が、陰極１４が陽極１５より前方（図２において左方）に位置する姿勢で、例えば楕円球面状の反射面を有する反射ミラーである、例えば８０ｍｍ角の楕円リフレクターなどの凹面反射鏡３２内に組み込まれて配設された構成とされている。
【００２２】
具体的には、ショートアーク型超高圧放電ランプ１は、その一方の封止管部１２が、凹面反射鏡３２の中央開口３３に挿通されて、その後方において口金３１に支持された状態で前方に伸びるよう配置されており、当該ショートアーク型超高圧放電ランプ１におけるアーク方向が、凹面反射鏡３２の水平な光軸Ｌ２に一致すると共に、アーク輝点が凹面反射鏡３２の第１焦点に一致する状態とされている。
【００２３】
凹面反射鏡３２の前面開口３４は、例えば石英ガラスまたは種々の強化ガラスなどよりなる前面ガラス３５により塞がれている。このような構成とされていることにより、ショートアーク型超高圧放電ランプ１が破裂した場合においても、破片の飛散が抑制され、安全である。
ショートアーク型超高圧放電ランプ１の他方の外部リード棒１９には、凹面反射鏡３２に形成されたケーブル導出口３７を介して、外部の電源装置（図示せず）に接続された給電用ケーブル３６が接続されている。
【００２４】
この光源装置３０においては、凹面反射鏡３２と前面ガラス３５とにより区画された空間内に、紫外光を照射するための紫外光補助光源３８が配設されている。
具体的には、紫外光補助光源３８は、凹面反射鏡３２の開口縁の一部であって、図２においては最下方となる位置に配設されており、外部の電源装置（図示せず）に接続された給電用ケーブル３８１が接続された構成とされている。
【００２５】
そして、ショートアーク型超高圧放電ランプ１における、紫外線反射膜２０には、紫外光補助光源３８に対向した部分に当該紫外光補助光源３８からの紫外光を透過させる紫外光導入部となる紫外線反射膜欠落部２０１が形成された構成とされている。
ここで、紫外線反射膜欠落部２０１の形状および大きさなどは特に制限されるものではない。
【００２６】
紫外光補助光源３８としては、例えば２５４ｎｍに波長ピークを有する紫外光を放射するものであれば特に制限されるものではなく、例えば定格電力が０．１Ｗ、定格電圧が２００Ｖである低圧水銀ランプなどを好ましく利用することができる。
【００２７】
以上のような構成の光源装置３０においては、紫外光補助光源３８を点灯状態とすることにより、紫外線反射膜欠落部２０１を介して放電空間１０１内に紫外光が照射されるが、この紫外光の照射により、放電空間１０１内に封入された封入ガスが活性化される結果、電極間において放電アークを形成するために必要とされる絶縁破壊電圧が低下し、その結果、ショートアーク型超高圧放電ランプ１の点灯をきわめて容易に行うことができる。
【００２８】
そして、上記の光源装置によれば、ショートアーク型超高圧放電ランプは、それ自体が高い輝度を有するものであるから、例えば投影装置の光源として用いられた場合において、スクリーンに対して可視光を照射することにより、当該スクリーンにおいて十分に高い照度を得ることができる。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の態様に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
【００３０】
以下、本発明についての実施例および実験例について説明する。
【実施例】
以下、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの実施例および実験例について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜実施例＞
図１に示す構成に従って、下記の仕様による本発明のショートアーク型超高圧放電ランプを作製した。
【００３１】
・放電容器（１０）：材質；石英ガラス、寸法；放電容器（１０）の全長１６０ｍｍ、発光管部（１１）の外径１３．０ｍｍ、発光管部（１１）の内径６．０ｍｍ、封止管部（１２）の長さ４７ｍｍ、封止管部（１２）の外径７．３ｍｍ、
・陽極（１５）：材質；タングステン、寸法；陽極（１５）の最大外径３ｍｍ、陽極（１５）の長さ６．５ｍｍ、陽極棒（１６）の長さ７．９ｍｍ、陽極棒（１６）の外径０．８ｍｍ、陰極（１４）と陽極（１５）との離間距離：１．２ｍｍ、
・紫外線反射膜（２０）：材質；全８層の二酸化ケイ素層と全７層の酸化タンタル層とが交互に積層されてなる全１５層からなる多層膜、厚さ；紫外線反射膜全体の厚さ０．７μｍ、
・定格電力：２００Ｗ、
・定格電圧：７５Ｖ、
・封入物：アルゴンガス（封入時圧力１３ｋＰａ）、水銀０．２ｍｇ／ｍｍ^３、管壁負荷：１．５Ｗ／ｍｍ^２
以上において、紫外光導入部は、発光管部の外周壁面の一部が紫外線反射膜により覆われておらず露出した紫外線反射膜欠落部よりなる構成とされている。
【００３２】
このようにして作製されたショートアーク型超高圧放電ランプについて、直径が１５００ｍｍである拡散反射内表面を持つ積分球内で、定格電力２００Ｗで水平点灯させ、ＮＩＫＯＮ製Ｇ２５０分光器と、フォトダイオード光検出器とを用いることにより光出力を測定した。結果を図３のスペクトル図に示す。
【００３３】
＜比較例＞
紫外線反射膜を形成しないこと以外は、上記実施例と同様にしてショートアーク型超高圧放電ランプを作製し、その光出力を測定した。測定結果を図３のスペクトル図に示す。
図３において、太実線は上記実施例に係る測定結果、細実線は比較例に係る測定結果を示す。
【００３４】
＜実験例＞
同一ロットのショートアーク型超高圧放電ランプ２０本のうち、前記実施例と同様に紫外線反射膜を形成した１０本のショートアーク型超高圧放電ランプを、各々、開口寸法が６５ｍｍ×７０ｍｍ角の楕円リフレクターに組み付けて、１０個の光源装置を作製し、この光源装置の各々を、対角０．９インチのＸＧＡグレードの解像度を有するＬＣＤ３板方式の液晶プロジェクターに装着し、１．５ｍの距離に設置された、対角サイズが４０インチ、縦横比が３：４である大きさのスクリーン上に白色光を照射して、そのスクリーン光束を測定した。
【００３５】
上記スクリーン光束の測定は以下のようにして行った。すなわち、前記スクリーンを９個（縦３列、横３列）のセクションに分割して、各セクションの中点における照度を測定した。そして、得られた９つの照度の平均値を算出すると共に、当該平均値に定数０．４９５を乗じて、最終的にスクリーン光束を求めた。
以上のようにして求められた１０個の光源装置に係るスクリーン光束の平均値は、２５１０ルーメンであった。
【００３６】
＜比較実験例＞
他の１０本のショートアーク型超高圧放電ランプを紫外線反射膜を形成せずに用いたて光源装置を作製した他は、上記実験例と同様にしてスクリーン光束を測定し、１０個の光源装置に係るスクリーン光束の平均値を求めた。その結果、当該平均値は２２３０ルーメンであった。
【００３７】
以上の結果によれば、図３からも明らかなように、実施例に係るショートアーク型超高圧放電ランプは、４００ｎｍより長い可視光の波長域において、比較例に係るショートアーク型超高圧放電ランプより高い光度を有する可視光を放射するものであることが確認された。
また、上記実験例に係る光源装置においては、従来と比較して１０％以上も高いスクリーン照度を得ることができることが確認された。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のショートアーク型超高圧放電ランプによれば、放電空間を区画する発光管部の外表面に波長４００ｎｍ以下の紫外線を反射する紫外線反射膜が形成されていることにより、放電アークから放射される光のうち波長４００ｎｍ以下の紫外線が紫外線反射膜により放電空間内へ反射されて戻るため、当該紫外線に係るエネルギーが可視光に変換される。その結果、従来利用されなかったエネルギーの少なくとも一部が可視光となるため、当該ショートアーク型超高圧放電ランプの点灯条件を変更することなく、高い可視光の発光効率を得ることができる。本発明の光源装置によれば、上記ショートアーク型超高圧放電ランプの放電空間に対して、特定の波長を有する紫外光を供給する紫外光補助光源を備えているため、当該ショートアーク型超高圧放電ランプの点灯に際して絶縁破壊電圧を低くすることができ、従って、当該ショートアーク型超高圧放電ランプを容易に始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの構成の一例を示す説明用断面図である。
【図２】本発明の光源装置の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図３】実施例および比較例における結果を示すスペクトル図である。
【符号の説明】
１　ショートアーク型超高圧放電ランプ
１０　放電容器
１０１　放電空間
１１　発光管部
１２　封止管部
１３　封止管部
１４　陰極
１５　陽極
１６　陽極棒
１７　陰極棒
１７Ａ　金属コイル
１８　金属箔
１９　外部リード棒
２０　紫外線反射膜
２０１　紫外線反射膜欠落部
３０　光源装置
３１　口金
３２　凹面反射鏡
３３　中央開口
３４　前面開口
３５　前面ガラス
３６　給電用ケーブル
３７　ケーブル導出口
３８　紫外光補助光源
３８１　給電用ケーブル
Ｌ１　管軸
Ｌ２　光軸

Claims

放電空間を区画する発光管部と、当該発光管部の両端部に連設された封止管部とを有する放電容器を具え、前記放電空間に一対の電極が対向して配置されると共に、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入されてなるショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、
発光管部の外周表面に、波長４００ｎｍ以下の光を反射する紫外線反射膜が形成されていることを特徴とするショートアーク型超高圧放電ランプ。
紫外線反射膜は、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）層と二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層とにより構成された多層膜により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型超高圧放電ランプ。
請求項１および請求項２に記載されたショートアーク型超高圧放電ランプと、この放電ランプからの光を反射する反射ミラーと、この反射ミラーの前面開口に設けられた前面ガラスとよりなる光源装置であって、
前記放電ランプの放電空間に紫外光を照射するための紫外光補助光源を備えてなることを特徴とする光源装置。
紫外線反射膜には、紫外光補助光源からの紫外光を導入する紫外光導入部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。