JP2007213978A - 高圧放電灯、画像投影用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境に配慮するとともに、画像投影用として必要な色温度を有する高圧放電灯実現する。
【解決手段】石英ガラスバルブ１１に形成の放電空間１４内に３．０ｍｍ以下の対向距離で電極１５１，１５２を配置させる。放電空間１４内にＳｃ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｉｎ、その他の希土類金属の少なくとも１種の第１のハロゲン金属およびＺｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌの少なくとも１種の第２のハロゲン金属、それに２気圧以上の希ガスＸeを封入し、本質的に水銀を含まず、入力電力８０Ｗ以上、ランプ電圧／電極間距離＝１０Ｖ／ｍｍ以上で駆動の高圧放電灯を構成する。第１および第２のハロゲン金属のヨウ化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）が６０（ｗｔ％）＜Ｘ＜９５（ｗｔ％）の関係を、第１および第２のハロゲン金属の単位体積当たりのそれぞれの封入量Ａ、Ｂ（ｍｇ／ｍｍ^３）が０．５＜Ａ／Ｂ＜１．５の関係を満足させる。これにより色再現性に優れた特性を得る。
【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高圧放電灯装置に関する。

従来の高圧放電灯装置は、透光性の石英ガラスの気密容器に内部に形成された放電空間にはハロゲン化物、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たものである。

また、近年の環境問題の観点から、水銀を含まないとともに、ナトリウムの含有量を大幅に減らした高圧放電灯も考えられている。（例えば、特許文献１）
特開２００１−７６６７０公報（第５頁、図２）

従来の高圧放電灯装置、特に画像投影用において、主に高圧放電ランプと呼ばれる水銀を含有したランプが用いられていた。近年の環境問題の点から、有害物に対しての規制は厳しくなり、水銀を含む点については問題があった。上記した特許文献１の技術は、水銀を含まず、環境に配慮していたが、色温度が２，７００〜３，５００（Ｋ）と低色温度であり、画像投影用には向かないものであった。

この発明の第１の目的は、環境に配慮しつつ、高色温度を得ることができるとともに、ランプ効率が所望の値を得ることができる高圧放電灯およびこの高圧放電灯を用いた画像投影用装を提供することにある。

この発明の第２の目的は、環境に配慮しつつ、高色温度を得ることができるとともに、色再現性の高い高圧放電灯およびこの高圧放電灯を用いた画像投影用装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、放電空間が形成された透明な石英ガラス製のバルブと、前記放電空間内に３．０ｍｍ以下の対向距離で配置された電極と、前記放電空間内に、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種の第２のハロゲン金属、それに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、前記第１および第２のハロゲン金属のヨウ化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）が、６０（ｗｔ％）＜Ｘ＜９５（ｗｔ％）の関係を満足し、前記第１のハロゲン金属の単位体積当たりの封入量Ａ（ｍｇ／ｍｍ^３）および前記第２のハロゲン金属の単位体積当たりの封入量Ｂ（ｍｇ／ｍｍ^３）が、０．５＜Ａ／Ｂ＜１．５の関係を満足することを特徴とする。

また、放電空間が形成された透明な石英ガラス製のバルブと、前記放電空間内に３．０ｍｍ以下の対向距離で配置された電極と、前記放電空間内に、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種の第２のハロゲン金属、それに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、前記第１および第２のハロゲン金属の臭化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）が、Ｘ≧３５（ｗｔ％）を満足し、前記第１のハロゲン金属の単位体積当たりの封入量Ａ（ｍｇ／ｍｍ^３）および前記第２のハロゲン金属の単位体積当たりの封入量Ｂ（ｍｇ／ｍｍ^３）が、０．２＜Ａ／Ｂ＜０．８の関係を満足することを特徴とする。

この発明の高圧放電灯の各手段によれば、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、ほぼ楕円の回転体形状の発光管部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、略楕円の回転体形状の放電空間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。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、Ｍｎ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。

図２〜図６は、この発明の高圧放電灯の一実施例について説明するためのものである。

まず、放電空間１４に封入されたハロゲン金属中のヨウ化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）に対する、図２はランプ効率（ｌｍ／Ｗ）の変化量について、図３は色温度（Ｋ）の変化量について説明する。

図２、図３に示すとおり、ヨウ化物金属の重量比が１００（ｗｔ％）の場合、ランプ効率が悪くなり、また色温度も５，０００（Ｋ）を下回ってしまい、画像投影用としては向かないことがわかる。また、ヨウ化物金属の重量比が６０（ｗｔ％）未満の場合、ランプ効率は高いものの、色温度が５，０００Ｋを下回ってしまい、画像投影用としては不向きとなってしまうことになる。

そこで、封入ハロゲン金属中のヨウ化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）を、６０（ｗｔ％）＜Ｘ＜９５（ｗｔ％）の値とした場合、５０〜６６（ｌｍ／Ｗ）程度のランプ効率を、５，０００Ｋ以上の色温度を実現できる。

次に、放電空間１４に封入されたハロゲン金属中のヨウ化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）を６０（ｗｔ％）＜Ｘ＜９５（ｗｔ％）の範囲で封入した場合の、第１のハロゲン化物Ａと第２のハロゲン化物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（ｍｇ／ｍｍ^３）の封入比率Ａ／Ｂに対する、図４はランプ電圧（Ｖ）の変化量を、図５はランプ効率（ｌｍ／Ｗ）の変化量を、図６は色温度（Ｋ）の変化量を説明するためのものである。

図４は、ランプ電圧について説明するものである。すなわち、第２のハロゲン化物ＢがリッチでＡ／Ｂの値が小さい場合は、ランプ電圧は高くなることがわかる。逆に、第１のハロゲン化物ＡがリッチでＡ／Ｂ値が大きい場合は、ランプ電圧は低下してしまうことがわかる。

図５は、ランプ効率について説明するもので、第２のハロゲン化物ＢがリッチでＡ／Ｂの値が小さい場合は、ランプ効率は低くなることがわかる。逆に、Ａ／Ｂ値が大きい場合、つまり第１のハロゲン化物Ａがリッチである場合は、ランプ効率は高くなることがわかる。

図６は、色温度について説明するものである。すなわち、第２のハロゲン化物ＢがリッチでＡ／Ｂの値が小さい場合は、色温度は低くなる。逆に、第１のハロゲン化物ＡがリッチでＡ／Ｂ値が大きい場合は、色温度は高くなることがわかる。

このように、封入ハロゲン金属中のヨウ化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）を、６０（ｗｔ％）＜Ｘ＜９５（ｗｔ％）の範囲とし、第１のハロゲン化物Ａと第２のハロゲン化物Ｂを単位体積当たりの封入比率を０．５＜Ａ／Ｂ＜１．５とすることで、ランプ効率の向上と画像投影用として必要とされる少なくとも５，０００（Ｋ）以上の色温度を得ることで、色再現性に優れた特性を実現することができる。

従って、この実施例の高圧放電灯は、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７〜図１０は、この発明の高圧放電灯の他の実施例について説明するためのものである。

まず、放電空間１４に封入されたハロゲン金属中の臭化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）に対する、図７はランプ効率（ｌｍ／Ｗ）の変化量について、図８は色温度（Ｋ）の変化量について説明する。

図７に示すとおり、ランプ効率については、封入重量比によって大きな影響は見られないが、色温度については、臭化物金属の重量比が３５（ｗｔ％）以下になると色温度が６，０００（Ｋ）を下回ってしまう。

そこで、封入金属中の臭化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）を、Ｘ≧３５（ｗｔ％）とした場合、所望のランプ効率、色温度を得ることができる。

次に、封入金属中のヨウ化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）を、Ｘ≧３５（ｗｔ％）の範囲で封入した場合の第１のハロゲン化物Ａと、第２のハロゲン化物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（ｍｇ／ｍｍ^３）の封入比率Ａ／Ｂに対しての、図９はランプ効率（ｌｍ／Ｗ）の変化について、図１０は色温度（Ｋ）の変化量の変化について説明する。

図９、図１０に示すように、Ａ／Ｂ値が０．２以下の場合、色温度は８５００（Ｋ）以上の特性を得られるが、ランプ効率４０（ｌｍ／Ｗ）以下と低くなってしまう。逆に、Ａ／Ｂ値が０．８以上の場合、色特性が低くなってしまう。

そこで、封入金属中のヨウ化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）を、Ｘ≧３５（ｗｔ％）の範囲で封入した場合、第１のハロゲン化物Ａと第２のハロゲン化物Ｂを単位体積当たりの封入比率を、０．２＜Ａ／Ｂ＜０．８とすることで、所望のランプ効率、６，０００（Ｋ）以上の色温度を得ることができる。

ところで、上記実施例の高圧放電灯では、色再現性（Ｒａ）の値が従来の水銀を含む放電灯のＲａ＝６０に対して、Ｒａ＝９０〜９５と非常に優れた色再現性を得ることができる。なぜならば、従来の水銀を含む放電灯の場合、水銀の輝線が強くＲａは６０程度しか得られなかったのに対し、本発明の高圧放電灯は、数種のハロゲン化金属を選択的に封入することで、ＲＧＢバランスの良いスペクトルピークを得られるため、Ｒａ＝９０〜９５と非常に高い値を得ることができるからである。

このように、この発実施例の高圧放電灯は、水銀を含まない映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必要な６，０００Ｋ以上の十分な色温度を確保し、色再現性に優れた特性を得ることができる。

図１１は、図１に構成の高圧放電灯を液晶プロジェクタに搭載した場合の、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１１において、１１１は液晶プロジェクタであり、この液晶プロジェクタ１１１は本体１１２を有し、本体１１２の前面側には投影開口１１３が形成される。また、本体１１２内には光源１１４が配設され、この光源１１４は高圧放電灯１１５と高圧放電灯１１５に光学的に対向した反射手段としてのリフレクタ１１６にて形成される。そして、光源１１４の照射方向の前方には、表示手段としての液晶パネル１１７が配設され、この液晶パネル１１７の前方の投影開口１１３に対応して投影手段としての投影レンズ１１８が配設されている。投影開口１１３の前方には、スクリーン１１９が配設される。

さらに、高圧放電灯１１５には点灯回路１２０が接続され液晶パネル１１７には液晶駆動回路１２１が接続され、点灯回路１２０および液晶駆動回路１２１は商用交流電源１２２が接続される。点灯回路１２０は高圧放電灯１１５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１２０から供給される電力で光源１１４の高圧放電灯１１５を点灯させる。高圧放電灯１１５からの光は、直接あるいはリフレクタ１１６で反射させて液晶パネル１１７方向に照射される。液晶パネル１１７は、液晶駆動回路１２１で表示を変化させ、光源１１４からの光を透過させて投影レンズ１１８で投影し、スクリーン１１９に映像が映し出される。

なお、上記したリフレクタ１１６の放射方向は開放になっているが、透明な前面ガラスを配置し、リフレクタ１１６内に配置される高圧放電灯１１５を外部に対して密閉させても構わない。

なお、上記したリフレクタ１１６の放射方向は開放になっているが、透明な前面ガラスを配置し、リフレクタ１１６内に配置される高圧放電灯１１５を外部に対して密閉させても構わない。

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、液晶プロジェクタとして良好な色温度特性に加え、良好なランプ効率やランプ電圧が得られることから、映像の色再現性を向上させることができるとともに、光学設計のマッチング性も取りやすくいものとなる。

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。 この発明の高圧放電灯の一実施例のヨウ化物金属量に対する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ヨウ化物金属量に対する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一実施例の封入金属比率Ａ／Ｂに対するランプ電圧変化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封入金属比率Ａ／Ｂに対するランプ効率変化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封入金属比率Ａ／Ｂに対する色特性変化について説明するため説明図。 この発明の高圧放電灯の他の実施例の臭化物金属量に対する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他の実施例の臭化物金属量に対する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例の封入金属比率Ａ／Ｂに対する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他の実施例の封入金属比率Ａ／Ｂに対する色特性変化について説明するための説明図。 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
１８１，１８２ 金属箔
１９１，１９２ ワイヤ
２０ 点灯装置
１１１ 液晶プロジェクタ
１１２ 本体
１１５ 高圧放電灯
１１９ スクリーン

Claims (5)

1. 放電空間が形成された透明な石英ガラス製のバルブと、前記放電空間内に３．０ｍｍ以下の対向距離で配置された電極と、前記放電空間内に、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種の第２のハロゲン金属、それに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、
   前記第１および第２のハロゲン金属のヨウ化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）が、６０（ｗｔ％）＜Ｘ＜９５（ｗｔ％）の関係を満足し、
   前記第１のハロゲン金属の単位体積当たりの封入量Ａ（ｍｇ／ｍｍ^３）および前記第２のハロゲン金属の単位体積当たりの封入量Ｂ（ｍｇ／ｍｍ^３）が、０．５＜Ａ／Ｂ＜１．５の関係を満足することを特徴とする高圧放電灯。
2. 請求項１記載の第１のハロゲン金属Ａを１．０×１０^−３（ｍｇ／ｍｍ^３）以上６．０×１０^−３（ｍｇ／ｍｍ^３）の範囲で封入し、請求項１記載の第２のハロゲン金属Ｂを６．０×１０^−３（ｍｇ／ｍｍ^３）以上１６．０×１０^−３（ｍｇ／ｍｍ^３）以下で封入することを特徴とする高圧放電灯。
3. 放電空間が形成された透明な石英ガラス製のバルブと、前記放電空間内に３．０ｍｍ以下の対向距離で配置された電極と、前記放電空間内に、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種の第２のハロゲン金属、それに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、
   前記第１および第２のハロゲン金属の臭化物金属の封入重量比率Ｘ（ｗｔ％）が、Ｘ≧３５（ｗｔ％）を満足し、
   前記第１のハロゲン金属の単位体積当たりの封入量Ａ（ｍｇ／ｍｍ^３）および前記第２のハロゲン金属の単位体積当たりの封入量Ｂ（ｍｇ／ｍｍ^３）が、０．２＜Ａ／Ｂ＜０．８の関係を満足することを特徴とする高圧放電灯。
4. 請求項３記載の第１のハロゲン金属Ａを１．０×１０^−３（ｍｇ／ｍｍ^３）以上６．０×１０^−３（ｍｇ／ｍｍ^３）の範囲で封入し、請求項３記載の第２のハロゲン金属Ｂを６．０×１０^−３（ｍｇ／ｍｍ^３）以上１６．０×１０^−３（ｍｇ／ｍｍ^３）以下で封入することを特徴とする高圧放電灯。
5. 請求項１または請求項３記載の高圧放電灯と、
   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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