JP2007149385A - 高圧放電灯、画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本質的に水銀を含まない高圧放電灯でありながら、画像投影の色再現性に適する色温度の向上を図る。
【解決手段】透明な石英ガラス製のバルブ１１内に対向配置し、それぞれの先端にコイル１６１，１６２が巻回された一対の電極１５１，１５２を備え、少なくともＤｙ、Ｎｄ、Ｓｃ、Ｉｎの１つを含む第１のハロゲン金属と、少なくともＺｎを含む第２のハロゲン金属と、３気圧以上希ガスを含有し、前記電極間距離が３．５ｍｍ以下で、本質的に水銀を含まないとともに、安定時の電力が８０Ｗ以上で点灯する高圧放電灯を構成する。第１のハロゲン金属の含有量は、１．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下とし、第２のハロゲン金属の含有量は、６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上１６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、高効率、高出力、高集光効率で、且つコンパクトな設計が要求される、例えば液晶プロジェクタのような画像投影装置の光源として使用される高圧放電灯およびこれを用いた画像投影装置に関する。

従来の高圧放電灯は、環境保護の観点から水銀を含まないだけでなく、ナトリウムの使用を完全に回避するかまたは大幅に低減したものが考えられている。（例えば、特許文献１）
また、水銀を含まず、金属ハロゲン化物と希ガスを封入した高圧放電灯も考えられている。（例えば、特許文献２）
特開２００１−７６６７０公報（第５頁、図２） 特開２０００−９０８８０公報（第５頁、図２）

上記した特許文献１の技術は、水銀を含まず、環境に配慮しているが、色温度が２７００〜３５００Ｋと低色温度であり、この色温度では色再現性が悪く、６０００Ｋ以上の色温度を必要とする画像投影用には不向きであった。

また、上記した特許文献２の技術は、Ｎａのハロゲン化物と、Ｉｎのハロゲン化物と、Ｔｌのハロゲン化物を封入することで、Ｎａの５８９ｎｍ、Ｉｎの４１０ｎｍ、４５１ｎｍ、Ｔｌの５３５ｎｍにスペクトルピークを持たせて、水銀含有の放電灯と同等の特性を得つつ、７０ｌｍ／Ｗの高効率を得られた。しかし、特に２５〜５５Ｗの主に自動車用前照灯に向くものの、液晶プロジェクタのような画像投影用装置で必要とするスペクトルピークの光源には適さないものであった。

この発明の第１の目的は環境に配慮しつつ画像投影用に好適な色温度を得ることで、第２の目的は画像投影用に好適なスペクトルを有する高圧放電灯およびこれを用いた画像投影装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の高圧放電灯は、透明な石英ガラス製のバルブ内に電極が対向配置され、少なくともＤｙ，Ｎｄ，Ｓｃ，Ｉｎの１つを含む第１のハロゲン金属と、少なくともＺｎを含む第２のハロゲン金属と、３気圧以上希ガスを含有し、前記電極間距離が３．５ｍｍ以下で、本質的に水銀を含まないとともに安定時の電力が８０Ｗ以上で点灯する放電灯において、前記第１のハロゲン金属の含有量は、１．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下とし、前記第２のハロゲン金属の含有量は、６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上１６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下としたことを特徴とする。

また、透明な石英ガラス製のバルブ内に電極が対向配置され、少なくともＤｙ，Ｎｄ，Ｓｃ，Ｉｎを含む第１のハロゲン金属と、少なくともＺｎを含む第２のハロゲン金属と、３気圧以上希ガスを含有し、前記電極間距離が３．５ｍｍ以下で、本質的に水銀を含まないとともに安定時の電力が８０Ｗ以上で点灯する放電灯において、点灯時の印加電圧／前記電極間距離＝１２Ｖ／ｍｍ以上としたことを特徴とする。

さらに、透明な石英ガラス製のバルブ内に電極が対向配置され、少なくともＤｙ，Ｎｄ，Ｓｃ，Ｉｎの１つを含む第１のハロゲン金属と、少なくともＺｎを含む第２のハロゲン金属と、３気圧以上希ガスを含有し、前記電極間距離が３．５ｍｍ以下で、本質的に水銀を含まないとともに安定時の電力が８０Ｗ以上で点灯する放電灯において、点灯安定時の分光分布を、４１０〜４７０ｎｍ、５３０〜５５０ｎｍ、６００〜６４０ｎｍにピークを持たせたことを特徴とする。

この発明によれば、本質的に水銀を含まない高圧放電灯でありながら、画像投影の色再現性に適する色温度の向上を図ることが可能となる。また、画像投影に適する点灯安定時の分光分布を得ることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明の高圧放電灯の一実施形態について説明するための構成図である。図１において、１１は透明な石英ガラス製のバルブであり、ほぼ楕円形状の発光管１２とその長手方向の両端部に発光管１２と同材料で形成されたバルブ１１内を気密の封止部１３１，１３２からなる。発光管１２には、その長手方向にほぼ円柱状の放電空間１４が形成されており、この放電空間１４には封止部１３１，１３２の内部から延出された、例えばタングステン材で形成される一対の電極１５１，１５２が２．０ｍｍの間隔をおいてその先端が対向するように配置されている。電極１５１，１５２の軸径はφ０．５ｍｍで、その一端にφ０．２ｍｍのコイル１６１，１６２が数ターン巻きつけてある。また、放電空間１４には、第１のハロゲン金属と第２のハロゲン金属と、希ガスを含む放電媒体が封入されている。放電媒体には本質的に水銀が封入されていない。

第１のハロゲン金属としては、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジウム（Ｎｄ）、セシウム（Ｃｓ）、インジウム（Ｉｎ）などを含む複数種の発光金属のハロゲン化物を用いる。

また、第２のハロゲン金属としては、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリム（Ｂｅ）、レ二ウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）からなるグループの中から選択された１種または複数種の金属ハロゲン化物を用いることができる。

封止部１３１，１３２は、圧潰して形成されており、その内部にはモリブデン（Ｍｏ）製の金属箔１８１，１８２が封着されている。この金属箔１８１，１８２のそれぞれの一端は、電極１５１，１５２に溶接されており、他端はニッケル製のワイヤ１９１，１９２がそれぞれ接続されており、ワイヤ１９１，１９２は放電灯外の点灯装置２０から電力の供給を受けるための導入導線である。

ここで、水銀フリー高圧放電灯における放電媒体は、本質的に水銀が封入されていない。「本質的に水銀が封入されていない」とは、水銀が全く封入されていないというだけでなく、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀が存在していることを許容するという意味である。しかし、水銀を全く封入しないことは環境上望ましいことである。従来のように水銀蒸気によって放電灯の電気特性を維持する場合、電極間距離が比較的小さくて小形の高圧金属蒸気放電灯においては、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によっては５０ｍｇ以上封入していたことからすれば、水銀量が実質的に少ないといえる。

希ガスは、３〜１５気圧の圧力で封入されている。なお、希ガスは、好適にはＸｅである。希ガスの封入圧を５〜１０気圧とする理由は、この範囲であれば点灯直後数秒までの光束立ち上がりを早め所望の光度を短時間で得ることができるからである。点灯直後所望の光度を得るまでの時間にあまり不便を感じない場合は、封入圧力を下げることも可能である。

以上のように構成される高圧放電灯は、安定点灯時に例えばランプ電力２００Ｗ以下で点灯させることができる。

以下の実施例１は、この発明の高圧放電灯により点灯される高圧放電灯の具体的な数法を実施例１として図２とともに説明する。

・発光管： 中央部の外径Ｌ１…１０．４ｍｍ、最大内径Ｌ２…６．０ｍｍ、球体長Ｌ３…１２ｍｍ、電極間距離Ｌ４…２．０ｍｍ、電極軸径Ｌ５…０．５ｍｍ、電極長Ｌ６…９．５ｍｍ、電極径大部の直径Ｌ７…１．１ｍｍ
・放電媒体： 発光金属のハロゲン化物、ＤｙＩ_３−ＮｄＢｒ_３−ＳｃＩ_３−ＩｎＢｒ−ＣｓＩ…０．６ｍｇ、ＺｎＩ_２…３．０ｍｇ、ＭｎＩ_２…０．５ｍｇ、希ガスＸｅ１０気圧セラミックスヒータ
・定格ランプ電力： １００Ｗ

図３は、第１のハロゲン金属をＤｙ，Ｎｄ，Ｓｃ，Ｉｎ，Ｃｓとして、第２のハロゲン金属をＺｎ，Ｍｎとし、発光管内容積あたりの第１のハロゲン金属と第２のハロゲン金属量を変化させた場合の、色温度の関係を示したものである。

図３から明らかなように、第１のハロゲン金属の封入量を増加させていくと、色温度については一定の値以上からは飽和していることが分かる。

また、図４は、第１のハロゲン金属をＤｙ，Ｎｄ，Ｓｃ，Ｉｎ，Ｃｓとして、第２のハロゲン金属をＺｎ，Ｍｎとし、発光管内容積あたりの第１のハロゲン金属と第２のハロゲン金属量を変化させた場合の、スクリーン照度の関係を示したものである。なお、スクリーン照度は相対値で示している。

図４から明らかなように、スクリーン照度については、第１および第２のハロゲン金属の量の過多により、第１および第２のハロゲン金属が遮光をしてしまい、スクリーン照度は急激に低下してしまう。また、第２のハロゲン金属については、発光管１２内容積辺りの封入量を増やしていくと、色温度が低下してしまうことが分かる。

従って、第１のハロゲン金属を１．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下の範囲で含有し、第２のハロゲン金属を６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上１６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下の範囲で含有することで、照度を急激に下げることなく、６０００Ｋ以上の色温度を得ることができる。

なお、図４に示す色温度は、６０００〜９０００Ｋ程度の範囲であるが、第１および第２のハロゲン金属のハロゲン化物を変えることにより色温度を９０００Ｋ以上に設定することが可能である。画像投影用として使用する場合の色温度領域は、１２０００Ｋ以上ではあまり使用されないことから、ここでの画像投影用として用いる色温度領域は６０００〜１２０００Ｋとした。

図５は、第１のハロゲン金属を１．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下の範囲で含有し、第２のハロゲン金属を６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上１６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下の範囲で含有する放電ランプを安定点灯させた場合の発光スペクトルを示すものである。

すなわち、図５に示すように、上記第１および第２のハロゲン金属が封入された放電ランプでは、電力１００Ｗにおいて５７０ｎｍ付近にピークを得ることを確認することができた。

次に、この発明の高圧放電灯の他の実施形態について説明する。この実施形態は、第１のハロゲン金属のハロゲン化物を変えて色温度を変えたものである。

すなわち、図１で示す構成の放電灯の放電空間１４に、第１のハロゲン金属としてＳｃ、Ｉｎ等と第２のハロゲン金属としてＺｎ、Ｍｎ等と希ガスを含む放電媒体とを封入させ、点灯時のランプ電圧１２Ｖと電極１５１，１５２間距離ｍｍの関係を、１２Ｖ／ｍｍ以上としたものである。

この実施形態の場合、６０００〜１５０００Ｋのより高い値までの色温度を得ることができ、水銀入りの放電灯と同等の色特性を得ることができる。

図６は、この発明の高圧放電灯のもう一つの他の実施形態について説明するための構成図である。

図６において、１１は透明な石英ガラス製のバルブであり、ほぼ楕円形状の発光管１２とその長手方向の両端部に発光管１２と同材料で形成されたバルブ１１内を気密の封止部１３１，１３２からなる。発光管１２には、その長手方向にほぼ円柱状の放電空間１４が形成されており、この放電空間１４には封止部１３１，１３２の内部から延出された、例えばタングステン材で形成される電極１５１，１５２が２．０ｍｍの間隔をおいてその先端が対向するように配置されている。電極１５１，１５２の軸径はφ０．５ｍｍで、その一端にφ０．２ｍｍのコイル１６１，１６２が数ターン巻きつけてある。電極１５１，１５２の先端とコイル１６１，１６２をそれぞれ溶融し、略半球形状に凝固させ一体化し、アークが集中するように電極先端に突起部１７１，１７２がそれぞれ形成される。また、放電空間１４には、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｉｎ等の第１のハロゲン金属と、Ｚｎ、Ｍｎ等の第２のハロゲン金属と、希ガスを含む放電媒体が封入されている。

封止部１３１，１３２は、圧潰して形成されており、その内部にはモリブデン（Ｍｏ）製の金属箔１８１，１８２が封着されている。この金属箔１８１，１８２のそれぞれの一端は、電極１５１，１５２に溶接されており、他端はニッケル製のワイヤ１９１，１９２がそれぞれ接続されており、ワイヤ１９１，１９２は放電灯外の点灯装置２０から電力の供給を受けるための導入導線である。

この実施形態の高圧放電灯を安定点灯させた場合は、図３に示すような色温度が６，０００〜１２，０００Ｋの範囲で、水銀入りのランプと同等の色特性を得られる。また、発光スペクトルは図５に示すようになり、４１０〜４６０ｎｍ、５３０〜５５０ｎｍ、６００〜６４０ｎｍ付近にピークを得ることも可能である。

図７は、図１に構成の高圧放電灯が液晶プロジェクタに搭載された場合の、この発明の画像撮影装置について説明するためのシステム構成図である。

図７において、７１は液晶プロジェクタであり、この液晶プロジェクタ７１は本体７２を有し、本体７２の前面側には投影開口７３が形成される。また、本体７２内には光源７４が配設され、この光源７４は高圧放電灯７５と高圧放電灯７５に光学的に対向した反射手段としてのリフレクタ７６にて形成される。そして、光源７４の照射方向の前方には、表示手段としての液晶パネル７７が配設され、この液晶パネル７７の前方の投影開口７３に対応して投影手段としての投影レンズ７８が配設されている。投影開口７３の前方には、スクリーン７９が配設される。

さらに、高圧放電灯７５には点灯回路８０が接続され液晶パネル７７には液晶駆動回路８１が接続され、点灯回路８０および液晶駆動回路８１は商用交流電源８２が接続される。点灯回路８０は高圧放電灯７５を直流で点灯するものであっても、交流で点灯するものであっても構わない。

上記した構成の画像撮影装置は、まず、点灯回路８０から供給される電力で光源７４の高圧放電灯７５を点灯させる。高圧放電灯７５からの光は、直接あるいはリフレクタ７６で反射させて液晶パネル７７方向に照射される。液晶パネル７７は、液晶駆動回路８１で表示を変化させ、光源７４からの光を透過させて投影レンズ７８で投影し、スクリーン７９に映像が映し出される。

この液晶プロジェクタでは、水銀が含まれない高圧放電灯を使用しながら現行の超高圧放電灯に比べて同等以上の色特性が得られるばかりか、波長ピークを変更させることができることから色再現性を向上させることができる。また、高圧放電灯の色再現性を向上させることで光学設計のマッチング性も取りやすくなる。

この発明の高圧放電灯の一実施形態について説明するための構成図。 図１の要部をさらに説明するための構成図。 この発明の高圧放電灯の色温度特性について説明するための説明図。 この発明の高圧放電灯のスクリーン照度について説明するための説明図。 この発明の高圧放電灯を安定点灯させた場合の発光スペクトルについて説明するための説明図。 この発明の高圧放電灯の他の実施形態について説明するための構成図。 この発明の画像投影装置の一実施形態について説明するためのシステム構成図。

符号の説明

１１ バルブ
１２ 発光管
１３１，１３２ 封止部
１４ 放電空間
１５１，１５２ 電極
１６１，１６２ コイル
１７１，１７２ 突起部
１８１，１８２ 金属箔
１９１，１９２ ワイヤ
２０ 点灯装置
７１ 液晶プロジェクタ
７２ 本体
７５ 高圧放電灯
７９ スクリーン

Claims (4)

1. 透明な石英ガラス製のバルブ内に電極が対向配置され、少なくともＤｙ，Ｎｄ，Ｓｃ，Ｉｎの１つを含む第１のハロゲン金属と、少なくともＺｎを含む第２のハロゲン金属と、３気圧以上希ガスを含有し、前記電極間距離が３．５ｍｍ以下で、本質的に水銀を含まないとともに安定時の電力が８０Ｗ以上で点灯する放電灯において、
   前記第１のハロゲン金属の含有量は、１．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下とし、前記第２のハロゲン金属の含有量は、６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上１６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下としたことを特徴とする高圧放電灯。
2. 透明な石英ガラス製のバルブ内に電極が対向配置され、少なくともＤｙ，Ｎｄ，Ｓｃ，Ｉｎを含む第１のハロゲン金属と、少なくともＺｎを含む第２のハロゲン金属と、３気圧以上希ガスを含有し、前記電極間距離が３．５ｍｍ以下で、本質的に水銀を含まないとともに安定時の電力が８０Ｗ以上で点灯する放電灯において、
   点灯時の印加電圧／前記電極間距離＝１２Ｖ／ｍｍ以上としたことを特徴とする高圧放電灯。
3. 透明な石英ガラス製のバルブ内に電極が対向配置され、少なくともＤｙ，Ｎｄ，Ｓｃ，Ｉｎの１つを含む第１のハロゲン金属と、少なくともＺｎを含む第２のハロゲン金属と、３気圧以上希ガスを含有し、前記電極間距離が３．５ｍｍ以下で、本質的に水銀を含まないとともに安定時の電力が８０Ｗ以上で点灯する放電灯において、
   点灯安定時の分光分布を、４１０〜４７０ｎｍ、５３０〜５５０ｎｍ、６００〜６４０ｎｍにピークを持たせたことを特徴とする高圧放電灯。
4. 請求項１の高圧放電灯と、
   前記高圧放電灯を光源とし、該光源から放射される光に基づき画像を投影する画像投影装置本体と、を具備したことを特徴とする画像投影装置。

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