JP2007128771A

JP2007128771A - 反射鏡付きランプ

Info

Publication number: JP2007128771A
Application number: JP2005321147A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kuroda; 田能章黒; Akira Ogawara; 亮大河原; Shiyouji Yamamoto; 本将二山
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-04
Also published as: JP4577187B2

Abstract

【課題】反射鏡付きランプの光源となる高圧放電ランプの発光部から放射される光の利用効率を最大限に高め、特に、凹面反射鏡の反射面による光の反射率を高めて、光の利用効率を大幅に向上させることができるようにする。
【解決手段】凹面反射鏡９のボトム部１１に固定された高圧放電ランプ１の発光部３の肉厚が、電極４Ｒ、４Ｌ間の発光点Ａよりも凹面反射鏡９のボトム部１１側に偏した部位Ｂで最大となるように、凹面反射鏡９の開口部１３側からボトム部１１側にかけて漸増している。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターやプロジェクションＴＶのバックライト等として使用される反射鏡付きランプに関する。

この種の反射鏡付きランプは、例えば図３の如く、発光管３１の発光部３２に、一対のタングステン電極３３Ｒ、３３Ｌが対向して配置されると共に、水銀と、沃素や臭素などのハロゲンと、アルゴンガスなどの希ガスとが封入された高圧放電ランプ３０が、その電極軸を凹面反射鏡３４の光軸Ｘと同軸的に配して該反射鏡３４のボトム部３５に固定されたものが一般的であり、特にプロジェクターやプロジェクションＴＶに用いる高圧放電ランプは、小型で高輝度、長寿命であることが要求されるため、電極３３Ｒ、３３Ｌから蒸発して発光部３２の内面に付着したタングステンを電極３３Ｒ、３３Ｌへ戻すタングステン−ハロゲンサイクルによって発光部３２の早期黒化を防止すると共に、電極３３Ｒ及び３３Ｌ間の距離を狭めてアーク長を短くし、且つ発光部３２の単位容積当りの水銀封入量を多くしてランプ点灯時における動作圧（発光部３２内の水銀蒸気圧）を高めることにより、小型で点光源に近い高輝度発光が得られるようにしたショートアークタイプの高圧放電ランプが用いられている（特許文献１参照）。

しかし、点光源に近い高輝度発光を得るために、電極間距離を狭めてアーク長を短くすると、ランプ電圧が低下してランプ電流が増大し、それにより電極３３Ｒ、３３Ｌの温度が過度に上昇してタングステンや該タングステンに含まれる不純物の蒸発作用が促進されるため、発光部３２の早期黒化を惹き起こすおそれがあり、また、発光部３２の水銀封入量を多くしてランプ点灯時の動作圧を高めると、僅かな黒化が生じても発光部３２が破裂するおそれがあるから、アーク長を短くしたり動作圧を高めるにも限界がある。

そこで、高圧放電ランプの発光部の形状に工夫を施してその発光部から放射される光の利用効率を高めようとする提案がなされており、例えば、発光部から被照射領域に向かわない方向へ放射される光を有効利用するために、その光の放射方向に位置する発光部の特定部位の外表面と内表面をアーク中心（発光点）を中心とする球面に形成すると共に、その外表面に反射膜を形成して、該反射膜で発光部から放射される光を反射してアーク領域に戻し、その戻った反射光を凹面反射鏡で反射させて被照射領域に向かわせる発明が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、発光部の特定部位の外表面と内表面を球面に形成する加工は非常に困難であり、まして、両面揃ってアーク中心を中心とする球面に加工することは事実上不可能であるから、発光部から放射される光を効率良くアーク領域に戻すことはできないし、発光部から放射される光を発光部内に戻すと、ランプ温度の上昇を招いて不具合発生の原因となる。

また、高圧放電ランプの発光部の形状を工夫することにより、電極間距離を狭めてアーク長を短くしなくとも、光学的に見掛けのアーク長を短くして点光源に近い発光が得られるようにする発明も提案されている（特許文献３参照）。この発明は、発光部の中央部の外表面に平坦部を形成して該平坦部から透かし見る電極間距離が実際よりも狭く見えるようにするものであるが、その平坦部を成す面と、その両端に連なる他面とが交わる境目で、外表面形状が急激に変化しているから、境目部分を透過する光がその境目で別方向に分かれるように屈折せられる。このため、当該発明に係る高圧放電ランプを設けた反射鏡付きランプは、その照射光に照度ムラを生ずるという問題がある。
特許第２８２９３３９号公報特開２０００−３５３４９３号公報特開２００４−６３２２２号公報

ところで、プロジェクターやプロジェクションＴＶのバックライトとして用いる反射鏡付きランプは、その光が照射される被照射物に熱線による損傷を生じさせないようにするために、凹面反射鏡の基体が、石英や、ホウ珪酸ガラス等の硬質ガラス、結晶化ガラス等で形成されると共に、その反射面が、可視光を反射し、近赤外光を透過させて有害な熱線が反射される量を低減する誘電体多層膜で形成されたものが一般的であるが、反射面の反射特性は、図４のグラフに示すように、光の入射角度に大きく依存しており、入射角度が大きくなると、偏光作用によって反射率が低下し、反射光の色も変わってしまうという問題があった。

つまり、図３に示す従来の反射鏡付きランプは、図５の部分拡大図の如く、高圧放電ランプ３０の発光部３２から放射されて凹面反射鏡３４の反射面３６で反射される光の入射角度θ１、θ２、θ３が、凹面反射鏡３４のボトム部３５側から開口部３７側に向かうに従って漸次大きくなる（θ１＜θ２＜θ３）ので、反射面３６は、凹面反射鏡３４の開口部３７側に向かうに従って可視光の反射率が低下し、その開口部３７側で反射する光の利用効率が悪いという問題があった。

本発明は、反射鏡付きランプの光源となる高圧放電ランプの発光部から放射される光の利用効率を最大限に高めることを技術的課題とし、特に、凹面反射鏡の反射面による光の反射率を高めて、光の利用効率を大幅に向上させることができるようにすることを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、発光管の発光部に一対の電極が対向して配置された高圧放電ランプが、その電極軸を凹面反射鏡の光軸と同軸的に配して該反射鏡のボトム部に固定された反射鏡付きランプにおいて、前記発光部の肉厚が、前記電極間の発光点よりも前記凹面反射鏡のボトム部側に偏した部位で最大となるように、前記凹面反射鏡の開口部側からボトム部側にかけて漸増していることを特徴とする。

本発明によれば、高圧放電ランプの発光部から凹面反射鏡の開口部方向に放射される光がその発光部の外表面で凹面反射鏡のボトム部側に屈折するので、凹面反射鏡の開口部側の反射面で反射して被照射領域に照射される光の量が増大する。また、光の入射角度が小さくなる凹面反射鏡のボトム部側の反射面で反射される光の量が増大するので、反射率の低下による光損失が抑制されて、光の利用効率が著しく向上すると同時に、反射光の色が変わることも抑制される。

本発明に係る反射鏡付きランプの最良の実施形態は、発光管の発光部に一対のタングステン電極が対向して配置されると共に、水銀、ハロゲン及び始動用補助ガスが封入されたショートアークタイプの高圧放電ランプと、反射面が可視光を反射して近赤外光を透過する誘電体多層膜で形成された凹面反射鏡とで構成され、高圧放電ランプは、その電極軸を凹面反射鏡の光軸と同軸的に配して該反射鏡のボトム部に固定されている。

そして、高圧放電ランプは、発光部の肉厚が、凹面反射鏡の開口部側からボトム部側にかけて漸増し、電極間の発光点よりも凹面反射鏡のボトム部側に偏した部位で最大となり、その部位から凹面反射鏡のボトム部側に位置する発光部の端部にかけて漸減している。これにより、発光部から凹面反射鏡の開口部方向に放射される光は、発光部の外表面で凹面反射鏡のボトム部側に屈折するので、凹面反射鏡の開口部から被照射領域に向かわない方向へ出射する光の量が減少し、凹面反射鏡の開口部側の反射面で反射して被照射領域に照射される光の量が増加する。また、発光部から反射面のない凹面反射鏡のボトム部に向かって放射される光が、発光部の外表面で凹面反射鏡の開口部側に屈折して、ボトム部周辺の反射面で反射される光の量が増加する。更に、光の入射角度が小さくなる凹面反射鏡のボトム部側の反射面で反射される光の量が増大するので、反射率の低下による光損失が低減して、光の利用効率が著しく向上する。

また、高圧放電ランプは、発光部の肉厚が漸増する部位の外表面が、凹面反射鏡の開口部側からボトム部側に向かって直線状もしくは緩やかな弧状の上り勾配を成すテーパ形に形成され、発光部の内表面が、球形、楕円球形又は紡錘形に形成されている。これにより、テーパ形に形成された発光部の外表面側から一対の電極を透かし見ると、その電極間距離が実際よりも狭く見える凹レンズ効果を奏するから、光学的に見掛けのアーク長を短くした点光源に近い発光が得られる。つまり、肉厚漸増部位の外表面が、直線状の上り勾配を成すテーパ形であれば平凹レンズ、緩やかな弧状の上り勾配を成すテーパ形であれば凹メニカスレンズのようなレンズ効果を奏して、点光源に近い発光を得ることができる。

また、発光部の外表面には、テーパ形に形成された外表面と、その両端に連なる外表面ととを角を立てずに交わす平滑仕上げが施され、これによって、外面形状の急激な変化に起因する照度ムラを生ずることが防止されている。

図１は本発明に係る反射鏡付きランプの一例を示す断面図、図２はその部分拡大図であって、本例の反射鏡付きランプは、ショートアークタイプの高圧放電ランプ１と凹面反射鏡２とが一体化されている。

高圧放電ランプ１は、石英ガラス管で成る発光管２の中央付近に最大内径４．４ｍｍ、内容積８０ｍｍ^３の発光部３が形成され、該発光部３には、一対のタングステン電極４Ｒ、４Ｌが１．２ｍｍの電極間距離をあけて互いに対向するように配置されると共に、水銀が０．２ｍｇ／ｍｍ^３、始動用補助ガスとしてアルゴンが約２０ｋＰａ（常温時）、黒化防止のための微量のハロゲンとして臭素が１．６×１０^−４μmol／mm³封入されている。

なお、各電極４Ｒ、４Ｌは、発光部３の両端を気密に封止する封止部５Ｒ、５Ｌに埋設されたモリブデン箔６Ｒ、６Ｌを介してリード棒７Ｒ、７Ｌに接続され、該リード棒７Ｒ、７Ｌに結線された電力供給用リード線８Ｒ、８Ｌを通じて点灯装置（図示せず）からランプ電力が供給されるようになっている。

凹面反射鏡９は、その基体が石英や、ホウ珪酸ガラス等の硬質ガラス、結晶化ガラス等で形成され、回転放物面を成す反射面１０が、可視光を反射し、赤外光と紫外光を透過する特性を有する誘電体多層膜を蒸着して成るコールドミラーで形成されている。そして、高圧放電ランプ１が、発光部３の片端側を封止する封止部５Ｌを凹面反射鏡９のボトム部１１に挿通して耐熱性接着剤１２で固定することにより、電極軸を凹面反射鏡９の光軸Ｘと同軸的に配した状態でそのボトム部１１に固定されている。

また、高圧放電ランプ１は、発光部３の肉厚が、凹面反射鏡９の開口部１３側からボトム部１１側にかけて漸増し、電極４Ｒ、４Ｌ間の発光点Ａよりもボトム部１１側に偏した部位Ｂで最大となり、その肉厚最大部位Ｂからボトム部１１側に位置する発光部３の端部にかけて漸減する形状に加工されている。

これにより、図２の如く、発光部３から放射される光を実線で示し、同図鎖線図示の従来の発光部３２から放射される光を破線で示して、両者の放射方向を対比すれば明らかなように、発光部３から放射される光は、その大半が凹面反射鏡９のボトム部１１側に屈折するので、凹面反射鏡９の開口部１３から被照射領域に向かわない方向へ出射する光の量が減少し、凹面反射鏡９の開口部１３側の反射面１０で反射して被照射領域に照射される光の量が増加すると共に、光の入射角度が小さくなる凹面反射鏡９のボトム部１１側の反射面１０で反射される光の量が増大して、反射率の低下による光損失が低減されるので、光の利用効率が著しく向上する。また、反射面１０のない凹面反射鏡９のボトム部１１に向かって放射される光が凹面反射鏡９の開口部１３側に屈折してボトム部１１周辺の反射面１０で反射される光の量が増加するので、光の利用効率が更に高まる。

また、高圧放電ランプ１は、発光部３の肉厚が漸増する部位Ｃの外表面が、凹面反射鏡９の開口部１３側からボトム部１１側に向かって直線状もしくは緩やかな弧状の上り勾配を成すテーパ形に形成され、発光部３の内表面が、発光点Ａを中心とする球形乃至楕円球形もしくは紡錘形に形成されている。これにより、肉厚漸増部位Ｃの断面形状は、凹レンズのように、外表面側が直線もしくは曲率の小さい緩やかな凸曲面を成し、内表面側が曲率の大きい凹曲面を成しているから、その肉厚漸増部位Ｃを通じて電極４Ｒ、４Ｌを透かし見ると、その電極間距離が実際よりも狭く見えて、見掛けのアーク長を短くした点光源に近い発光が得られる。

また、発光部３は、肉厚漸増部位Ｃのテーパ形に形成された外表面と、その両端に連なる外表面とを角を立てずに交わす平滑仕上げが施されると共に、肉厚漸増部位Ｃと肉厚最大部位Ｂの外表面や、肉厚最大部位Ｂと肉厚漸減部位Ｄの外表面も角を立てずに交わす平滑仕上げが施されて、外面形状の急激な変化に起因する照度ムラを生ずることが防止されている。

なお、凹面反射鏡９の反射面１０は、可視光を反射し、赤外光と紫外光を透過する誘電体多層膜を蒸着して成るコールドミラーで形成されているが、これに限らず、アルミ反射膜等で形成されるものであってもよい。

本発明は、プロジェクターやプロジェクションＴＶのバックライトとして用いる反射鏡付きランプの光利用効率を高めてその性能向上に資するものである。

本発明に係る反射鏡付きランプの一例を示す断面図図２に示す反射鏡付きランプの部分拡大図従来の反射鏡付きランプを示す断面図凹面反射鏡の反射面の反射特性を示すグラフ図３に示す反射鏡付きランプの部分拡大図

符号の説明

１高圧放電ランプ
２発光管
３発光部
４Ｒ電極
４Ｌ電極
Ａ発光点
Ｂ肉厚最大部位
Ｃ肉厚漸増部位
Ｄ肉厚漸減部位
９凹面反射鏡
１０反射面
１１ボトム部
１３開口部

Claims

発光管の発光部に一対の電極が対向して配置された高圧放電ランプが、その電極軸を凹面反射鏡の光軸と同軸的に配して該反射鏡のボトム部に固定された反射鏡付きランプにおいて、前記発光部の肉厚が、前記電極間の発光点よりも前記凹面反射鏡のボトム部側に偏した部位で最大となるように、前記凹面反射鏡の開口部側からボトム部側にかけて漸増していることを特徴とする反射鏡付きランプ。
前記発光部の肉厚が、その肉厚が最大となる部位から前記凹面反射鏡のボトム部側に位置する発光部の端部にかけて漸減している請求項１記載の反射鏡付きランプ。
前記発光部の肉厚が漸増する部位の外表面が、前記凹面反射鏡の開口部側からボトム部側に向かって直線状もしくは緩やかな弧状の上り勾配を成すテーパ形に形成され、その発光部の内表面が、球形、楕円球形又は紡錘形に形成されている請求項１又は２記載の反射鏡付きランプ。
前記発光部のテーパ形に形成された外表面とその両端に連なる外表面とが、角を立てずに交わっている請求項３記載の反射鏡付きランプ。