JP2007213974A - 高圧放電灯、画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境に配慮しつつ、一般の画像投影用高圧放電灯と同等の色温度特性を実現する。
【解決手段】透明な石英ガラス製のバルブ１１内に３．０ｍｍ以下の対向距離で電極１５１，１５２を配置させる。バルブ１１内に、Ｓｃ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｉｎ、その他の希土類金属から選択される少なくとも１種のＡｍｇ／ｍｍ^３の第１のハロゲン金属およびＺｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌから選択される少なくとも１種のＢｍｇ／ｍｍ^３の第２のハロゲン金属と２気圧以上の希ガスとを封入し、本質的に水銀を含まず、入力電力が８０Ｗ以上、ランプ電圧／電極間距離＝１０Ｖ／ｍｍ以上で駆動する。第１のハロゲン金属Ａと第２のハロゲン金属Ｂの単位体積当たりの封入量を、０．５＜Ａ／Ｂ＜１．５の関係としたことにより、水銀を含まないショートアークメタルハライドランプとして、５，０００Ｋ以上の色温度を有し、色再現性に優れた特性を得ることができる。
【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画像投影用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。

従来の高圧放電灯装置は、透光性の気密容器に内部に形成された放電空間にハロゲン化物、水銀、希ガス等を含む放電媒体を封入し、気密容器の両端部に形成された封止部に、端部に電極を接合した例えばモリブデンからなる金属箔が封着されている。

また、近年の環境問題の観点から、水銀を含まず、Ｎａの含有量を大幅に減らした放電灯がある。（例えば、特許文献１）
特開２００１−７６６７０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、環境に配慮されていたものの、色温度が２，７００〜３，５００Ｋと低い色温度であることから高い色温度が要求される画像投影用の高圧放電灯には不向きなものであった。

この発明の目的は、環境に配慮しつつ、従来の画像投影用高圧放電灯と同等の色温度を得ることができ、さらにランプ効率が所望の値を得ることができる高圧放電灯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と、該バルブ内に３．０ｍｍ以下の対向距離で配置された電極と、前記バルブ内に、Ｓｃ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｉｎ、その他の希土類金属から選択される少なくとも１種のＡｍｇ／ｍｍ^３の第１のハロゲン金属およびＺｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌから選択される少なくとも1種のＢｍｇ／ｍｍ^３の第２のハロゲン金属と２気圧以上の希ガスとを封入し、本質的に水銀を含まず、入力電力が８０Ｗ以上、ランプ電圧／電極間距離＝１０Ｖ／ｍｍ以上で駆動される高圧放電灯において、第１のハロゲン金属Ａと第２のハロゲン金属Ｂの単位体積当たりの封入量が、０．５＜Ａ／Ｂ＜１．５の関係を満足させたことを特徴とする。

また、前記第１のハロゲン金属は１．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下の範囲で、前記第２のハロゲン金属は６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上１６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下の範囲としたことを特徴とする。

この発明によれば、水銀を含まないショートアークメタルハライドランプとして、５，０００Ｋ以上の色温度を有し、色再現性に優れた特性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部１２とその長手方向の両端部に発光管部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。発光管部１２には、略楕円形の回転体の放電空間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。また、放電空間１４には、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジウム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）、インジウム（Ｉｎ）などの第１のハロゲン金属と、亜鉛（Ｚｎ）などの第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はランプ外の点灯装置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２００〜４００ｍｇ、さらに場合によっては５００ｍｇ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、２〜１５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２〜１５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。

ここで、主に発光に起因する第１のハロゲン金属Ａと、主にランプ電圧に起因する第２のハロゲン金属Ｂの封入薬品量を変えた場合の単位体積当たりの封入量の封入比率Ａ／Ｂに対する、ランプ効率、色温度、ランプ電圧のそれぞれの変化について説明する。ここでは、第１のハロゲン金属と第２のハロゲン金属の各々の組成比は変えずに、封入量のみを変えている。

次に、図２〜図４を参照し、この発明の一実施例について説明する。この実施例では、第１のハロゲン金属Ａは、１．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下の範囲で、前記第２のハロゲン金属Ｂは、６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上１６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下の範囲とした。

図２は、ランプ効率の変化について説明するもので、Ａ／Ｂ値が小さい場合、つまり第２のハロゲン金属Ｂがリッチである場合、ランプ電圧は高くなり、逆に、Ａ／Ｂ値が大きく第１のハロゲン金属Ａがリッチである場合、ランプ電圧は低下してしまう。

図３は、ランプ効率の変化について説明するもので、Ａ／Ｂ値が小さい場合、つまり第２のハロゲン金属Ｂがリッチである場合、ランプ効率は低くなってしまい、逆に、Ａ／Ｂ値が大きく第１のハロゲン金属Ａがリッチである場合、ランプ効率は高くなる。

図４、色温度の変化について説明するもので、Ａ／Ｂ値が小さく第２のハロゲン金属Ｂがリッチである場合、色温度は低くなってしまい、逆に、Ａ／Ｂ値が大きく第１のハロゲン金属Ａがリッチである場合、色温度は高くなる。

図２〜図４から、第１のハロゲン金属Ａと第２のハロゲン金属Ｂを単位体積当たりの封入比率を０．５＜Ａ／Ｂ＜１．５とした。これにより、画像投影用高圧放電灯として必要な５，０００Ｋ以上の色温度を得て優れた色再現性を実現しつつ、所望のランプ電圧、ランプ効率も確保することができる。

この実施形態では、水銀を含まないショートアークメタルハライドランプとして、５，０００Ｋ以上の色温度を有し、色再現性に優れた特性を得ることができる。

図５は、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である。図５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部１２とその長手方向の両端部に発光管部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。発光管部１２には、略楕円形の回転体の放電空間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、Ｓｃ、Ｉｎなどの第１のハロゲン金属と、Ｚｎなどの第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はランプ外の点灯装置２０から電力の供給を受けるための導入導線である。

この実施形態では、水銀を含まないショートアークメタルハライドランプとして、５，０００Ｋ以上の色温度を有し、色再現性に優れた特性を得ることができる。さらに、電極を溶融させ先端に突起部をそれぞれ形成させたことにより、アークの集中が図れ、効率向上に寄与する。

図６は、図１または図５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、この発明の画像投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６において、６１は液晶プロジェクタであり、この液晶プロジェクタ６１は本体６２を有し、本体６２の前面側には投影開口６３が形成される。また、本体６２内には光源６４が配設され、この光源６４は高圧放電灯６５と高圧放電灯６５に光学的に対向した反射手段としてのリフレクタ６６にて形成される。そして、光源６４の照射方向の前方には、表示手段としての液晶パネル６７が配設され、この液晶パネル６７の前方の投影開口６３に対応して投影手段としての投影レンズ６８が配設されている。投影開口６３の前方には、スクリーン６９が配設される。

さらに、高圧放電灯６５には点灯回路７０が接続され液晶パネル６７には液晶駆動回路７１が接続され、点灯回路７０および液晶駆動回路７１は商用交流電源７２が接続される。点灯回路７０は高圧放電灯６５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投影装置は、まず、点灯回路７０で光源６４の高圧放電灯６５を点灯させる。高圧放電灯６５からの光は、直接あるいはリフレクタ６６で反射されて液晶パネル６７方向に照射される。液晶パネル６７は、液晶駆動回路７１で表示が変化して、光源６４からの光を透過して投影レンズ６８で投影させてスクリーン６９に映像を映し出す。

この実施形態によれば、水銀を含まない画像投影用のショートアークメタルハライドランプとして、５，０００Ｋ以上の色温度を有する色再現性に優れた特性を得ることができる。

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。 この発明の高圧放電灯の一実施例のランプ電圧変化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一実施例のランプ効率変化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一実施例の色特性変化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 発光管部
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
６１ 液晶プロジェクタ
６２ 本体
６５ 高圧放電灯
６９ スクリーン

Claims (3)

1. 透明な石英ガラス製のバルブと、該バルブ内に３．０ｍｍ以下の対向距離で配置された電極と、前記バルブ内に、Ｓｃ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｉｎ、その他の希土類金属から選択される少なくとも１種のＡｍｇ／ｍｍ^３の第１のハロゲン金属およびＺｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌから選択される少なくとも1種のＢｍｇ／ｍｍ^３の第２のハロゲン金属と２気圧以上の希ガスとを封入し、本質的に水銀を含まず、入力電力が８０Ｗ以上、ランプ電圧／電極間距離＝１０Ｖ／ｍｍ以上で駆動される高圧放電灯において、
   第１のハロゲン金属Ａと第２のハロゲン金属Ｂの単位体積当たりの封入量が、０．５＜Ａ／Ｂ＜１．５の関係を満足させたことを特徴とする高圧放電灯。
2. 前記第１のハロゲン金属Ａは、１．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下の範囲で、前記第２のハロゲン金属Ｂは、６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以上１６．０×１０^−３ｍｇ／ｍｍ^３以下の範囲としたことを特徴とする高圧放電灯。
3. 請求項１または２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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