JP2008288013A - マイクロ波放電ランプシステム及びそれに用いる反射鏡付き放電ランプの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波放電ランプシステムにおいて、放電ランプと反射鏡との光学的位置合せを行う。
【解決手段】放電ランプをマイクロ波供給により点灯するマイクロ波放電ランプシステムに用いるための反射鏡付き放電ランプの製造方法であって、放電ランプに設けられた一対の電極間に電流を供給することによって放電ランプを点灯した状態で、放電ランプと反射鏡との光学的な位置合わせを行うステップを含むようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はマイクロ波を利用して点灯するマイクロ波放電システムの改良された製造方法に関する。

近年、高圧放電ランプは高効率・高演色という特性からハロゲンランプに代わり、一般照明だけでなく、自動車用の前照灯やプロジェクタ用のバックライトとして、需要が高まっている。
特に、マイクロ波を利用した高圧放電ランプにおいては、発光空間に電極を持たなくても発光空間内の発光物質に電磁エネルギーを結合させることが可能なため、放電ランプの無電極化が実現できる。

無電極放電ランプは発光部に電極を有しないため、電極の消耗による発光効率の低下がなく、また硫黄などのように発光効率は高いが電極材料と反応するため有電極ランプでは使用することができない発光物質を使用することができるため、ランプの長寿命化、高効率化という観点で期待されている。

図４は、マイクロ波を放電ランプに供給して点灯する従来の無電極ランプシステムを示すものである（例えば、特許文献１）。以下、本明細書においては、マイクロ波を放電ランプに供給して点灯することを「マイクロ波点灯」というものとする。
図４の無電極ランプシステムは、放電ランプ２１、反射鏡２２、金属製ガード２３、共振空間２４を形成する筐体２５、マイクロ波を発生させるマグネトロン２７、及びマグネトロン２７で発生させたマイクロ波を放電ランプ２１まで導波するためのマイクロ波フィーダ２６からなる。放電ランプ２１には一対の導体が設けられ、その一方がマイクロ波フィーダ２６に接続され他方が開放されている。いずれの導体も放電空間でのマイクロ波の結合に利用される。

ここで、マイクロ波点灯を行う場合、マイクロ波を適切に放電空間に結合すること、即ち、インピーダンス整合をとることが必要となる。そのため、放電ランプ２１に対してそれ以外の部材が最適な位置に配置される必要がある。
特許文献１には、筐体２５やマイクロ波フィーダ２６の形状や配置を適宜調整することによりインピーダンス整合が最適なものとなるような構成が開示されている。
特開２００５−１７４９２８号公報

ところで、従来技術においては、放電ランプと反射鏡との光学的な位置合せは行われていない。従来技術では、例えば、予め分かっている反射鏡の形状的特徴（例えば焦点位置）に基づいて反射鏡に対する放電ランプの目標設置位置を決め、その目標設置位置に放電ランプを取り付けることは行われているが、実際に放電ランプを点灯させて放電ランプと反射鏡との位置を調整しているわけではない。

そのため、製造工程で放電ランプがその目標設置位置に精度良く取り付けられる保証はなく、放電ランプシステムの光学的特性にばらつきが出てしまう場合があった。特に、放電ランプが小型化、即ち点光源化するにつれて、上記の光学的特性のばらつきは大きくなる傾向にあり、その管理はより難しくなる。そして、プロジェクタ等に用いる放電ランプには点光源が適切であることから、プロジェクタ等に用いるマイクロ波放電ランプシステムにおいても光学的な位置合せを行うことが必要となってくる。

既に点光源として実用化されている各種ランプ（無電極ではないもの）においては、そのランプと反射鏡との位置合せを精度良く行う方法ついて、過去に多くの検討がなされてきた。そして、一般的に、ランプを点灯させないで行う位置合せは、ランプを点灯させて行う位置合せよりも精度が低くなることが分かっている。

ここで、図４に示したマイクロ波放電システムにおいても放電ランプ２１と反射鏡２２との光学的位置合せを行おうとした場合、その光学的位置合せが、以下の２つの問題点のために非常に困難あるいは不可能であるという状況に直面する。

（１）金属製ガード２３による問題
マイクロ波放電システムにおいて、マイクロ波点灯中はシステムからのマイクロ波の漏洩を防止する必要がある。特に、放電ランプの前面には光を取り出しつつもマイクロ波の漏洩を抑制するための、例えば金属製のメッシュ等のガードを装着することが必要である。
しかし、このガードの外部から放電ランプの位置を操作するのは非常に困難であり、現実的な解決策は今のところ考案されていない。

（２）インピーダンス整合による問題
仮に何らかの方法により上記（１）の問題を克服したとしても、マイクロ波点灯中にランプ等を移動させた場合、インピーダンスが変化するため安定に点灯を維持することができなくなる。特に、放電ランプが小型化、さらには点光源化すると、インピーダンス整合には一層の厳密性が要求されるのでその傾向は顕著になる。光学的位置合せを行うには、放電ランプの光束（明るさ）を一定に保ちつつ放電ランプを反射鏡に対して移動させて、最大照度となる位置を走査する等の作業が必要になる。しかし、放電ランプの位置を動かすと電磁界分布の変化によりインピーダンスが変化し、これにより光束が変化してしまうことになり、結果として最大照度となるポイントを特定することができず、光学的位置合せを行うことはできない。

従って、マイクロ波放電ランプシステムにおいて、上記（１）及び（２）の問題点を克服して放電ランプと反射鏡との光学的位置合せを行うための構成が必要とされている。

本発明の第１の側面は、放電ランプをマイクロ波供給により点灯するマイクロ波放電ランプシステムに用いるための反射鏡付き放電ランプの製造方法であって、（Ａ）放電ランプに設けられた一対の電極間に電流を供給することによって放電ランプを点灯した状態で、放電ランプと反射鏡との光学的な位置合わせを行うステップを含む製造方法である。

上記第１の側面において、一対の電極が第１及び第２の電極からなり、ステップ（Ａ）が、（Ａ１）第１の電極を反射鏡のネック側に、第２の電極を反射鏡の開口側にして、放電ランプを反射鏡に保持するステップ、（Ａ２）第１及び第２の電極にそれぞれ接続された第１及び第２のリード線から電流を供給して放電ランプを点灯して、放電ランプを反射鏡に対して位置決めするステップ、及び（Ａ３）放電ランプを反射鏡に固定するステップからなり、さらに、ステップ（Ａ２）の後又は（Ａ３）の後に、（Ｘ）第２のリード線を切断するステップを含むようにした。

本発明の第２の側面は、一対の電極を有する放電ランプ及び反射鏡を備えたマイクロ波放電ランプシステムの製造方法であって、（Ａ）一対の電極間に電流を供給することにより放電ランプを点灯した状態で、放電ランプと反射鏡との光学的な位置合わせを行うステップ、及び（Ｂ）放電ランプに取り付けられた同軸コネクタに、放電ランプからの出射光の経路を確保しつつ放電ランプ及び反射鏡を覆う金属製の筐体を取り付けるステップからなる製造方法である。

上記第２の側面において、一対の電極が第１及び第２の電極からなり、ステップ（Ａ）が、（Ａ１）第１の電極を反射鏡のネック側に、第２の電極を開口側にして、放電ランプを反射鏡に保持するステップ、（Ａ２）第１及び第２の電極にそれぞれ接続された第１及び第２のリード線から電流を供給して放電ランプを点灯して、放電ランプを反射鏡に対して位置決めするステップ、及び（Ａ３）放電ランプを反射鏡に固定するステップからなり、ステップ（Ａ２）より後のいずれかの時点に、（Ｘ）第２のリード線を切断するステップを含み、ステップ（Ａ）の前又はステップ（Ａ）の後であってステップ（Ｂ）の前に、（Ｙ）第１のリード線に同軸コネクタを接続するステップを含むようにした。

さらに、上記第２の側面において、反射鏡の開口部端面の少なくとも一部分が金属製の筐体の外部に突出する構成とした。

上記構成により、マイクロ波放電ランプシステムにおいても高い精度の光学的位置合せが可能となる。
これにより、マイクロ波放電ランプシステムに用いるための反射鏡付放電ランプとして光学的精度の高い反射鏡付き放電ランプを提供することができるとともに、それを用いた高い光学的精度のマイクロ波放電ランプシステムを提供できる。

図１に本発明の製造方法によって作製されるマイクロ波放電ランプシステムを示す。図１において、放電ランプ１は発光空間１ｅに対して一対の電極１ａ及び１ｂ並びに電極１ａに接続されたリード線１ｃを有している。放電ランプ１は反射鏡２に固定され、リード線１ｃは同軸コネクタ３の中心導体に接続されている。この完成品においては、電極１ｂは開放され、リード線は接続されていない。そして、金属製チャンバ４及び金属製のガード５によって、マイクロ波の外部への漏洩を防止する構成となっている。

図２ａは本発明の代表的な製造工程を示すフローチャートである。本発明の製造工程は大きく分けて光学的位置合せステップＳ１００とマイクロ波投入に際して必要な金属製部材の取り付けステップＳ２００に分けられる。概略として、ステップＳ１００では光学的な位置合せがされた反射鏡付放電ランプが作製され、ステップ２００でさらにマイクロ波放電ランプシステムが作製される。

まず、ステップＳ１１０で放電ランプ１と反射鏡２を用意し、電極１ａを反射鏡２のネック側に、電極１ｂを反射鏡２の開口側にして、放電ランプ１を反射鏡２に移動可能な状態で保持する（図３ａ）。放電ランプ１の電極１ａ及び１ｂにはそれぞれリード線１ｃ及び１ｄが接続されている。ここで、放電ランプ１として用意される放電ランプの形態は従来から使用されているような通常の電極付き高圧放電ランプと同じものであればよいので、もともと両電極にはリード線が接続されているものを想定することができる。但し、放電空間１ｅにはマイクロ波放電用の封入物質が封入されている必要がある。

ステップ１２０において、リード線１ｃ及び１ｄに専用の安定器１１を接続し、両リード線１ｃ及び１ｄに電流を供給して放電ランプ１を点灯する（図３ｂ）。ここで、投入する電流は５０〜６００Ｈｚ程度の矩形波交流電流が望ましいが、安定点灯ができればどのような電流であってもよい。以下、本明細書においては、両電極間に電流を供給して放電ランプを点灯することを「電流点灯」というものとする。

さらに、ステップ１２０において放電ランプ１と反射鏡２の位置合せを行う。その具体的な方法としては、例えば、図３ｂに示すように、反射鏡２の前方にスクリーン１２を配置し、ＴＶカメラ１３によりスクリーン１２上に投影された光の画像を取り込み、演算装置１４によりＴＶカメラ１３からの画像に基づいてランプの照度を演算し、これを予め定められた規定照度と比較し、その演算値が規定照度範囲内にない場合には調整装置１５によって放電ランプ１を反射鏡２の光軸方向に移動させてその範囲内に入るようにすればよい。また、演算装置１４が、その演算値が最大照度を示す位置を特定するようにしてもよい。なお、放電ランプと反射鏡との位置合せの具体的方法には多くのバリエーションがあり、上記の方法に限定されない。
なお、本ステップでは電流点灯を行っているので、当然に、位置合せ中の放電ランプ１の発する光束は他の部材（現時点では反射鏡２しかないが）との位置関係にかかわらず一定である。

ステップＳ１３０において、ステップＳ１２０によって決定された設置位置にて放電ランプ１と反射鏡２との固定（例えば接着）を行う。なお、接着剤は図示していない。

ステップＳ１５０において、リード線１ｄをカットする（図３ｃ）。後述するように以降のステップでは電流点灯を行う必要がないので、少しでも照射光の障害物を除くためにリード線１ｄは除去した方が望ましいからである。

なお、ステップＳ１５０をステップＳ１４０とステップＳ２１０の間に設けたが、放電ランプ１と反射鏡２の位置合せのステップＳ１３０より後であればいずれの時点に設けてもよい。即ち、図２ｂ及び２ｃに示すように、後述するステップＳ２１０の後又はステップＳ２２０の後にステップＳ１５０を設けてもよい。

ステップＳ１３０又はＳ１５０が終了すると、マイクロ波放電ランプシステムに用いるための反射鏡付放電ランプが完成する。従って、その時点で完成した反射鏡付放電ランプを（マイクロ波漏洩防止やインピーダンス整合が担保されれば）他のシステムに用いることも可能である。

次に、ステップＳ２１０において、同軸コネクタ３の中心導体をリード線１ｃに接続する（図３ｄ）。
なお、ステップＳ２１０をステップＳ１５０の後に設けたが、図３ｅに示すように反射鏡２のネック部の穴径が放電ランプ１又は同軸コネクタ３よりも大きければ、ステップＳ１００の前に同軸コネクタ３を予め装着しておいてもよい。即ち、図２ｄに示すように、この場合のステップＳ２１０はステップＳ１００の前に設けられる。

ステップＳ２２０において、同軸コネクタ３に対して金属製チャンバ４及び金属製のガード５を一体的に固定する（図３ｆ）。なお、インピーダンス整合の精度確保の観点から、リード線１ｃがたわまないように各部材を固定することが望ましい。従って、リード線１ｃは同軸コネクタ３に接続され、金属製チャンバ４は同軸コネクタ３に固定されるようにして、金属製チャンバ４と放電ランプ１、又は金属製チャンバ４と反射鏡２とは互いに固定しないようにすることが望ましい。なお、各部材を所定位置に固定した状態でインピーダンス整合が取れるように設計されているものとする。

なお、図３ｆは各部材の関係を概略的に示すものであり、図３ｄの状態から具体的にどのように金属製チャンバ４等を取り付けるか等については様々なやり方がある。例えば、金属製チャンバ４がリード線１ｃを中心として、図の前後又は上下に半分に分離しているものとして、同軸コネクタ３とリード線１ｃを挟むように図の前後から又は上下からそれらを合体する構成とすればよい。またこの場合、図は断面を示すものであるので、金属製チャンバ４と金属製ガード５とは分離して図示されているが、金属製ガード５はいずれかの点で金属製チャンバ４に固定されるものとする。

また、別法として、図３ｇのように、同軸コネクタ３のフランジを大きくして、外側から金属製チャンバ４を取り付けてもよい（即ち、図３ｇにおいて、同軸コネクタ３の左側から金属製チャンバ４をかぶせるようにしてもよい）。

また、ステップＳ２１０で同軸コネクタ３をリード線１ｃに装着してから、ステップＳ２２０において金属製チャンバ４を同軸コネクタ３に取り付ける順序としたが、同軸コネクタ３に予め金属製チャンバ４を遊びをもたせて仮留めした状態で同軸コネクタ３とリード線１ｃを接続して、後から金属製チャンバ４を同軸コネクタ３に本留めするようにしてもよい。

前述したように、リード線１ｃに同軸コネクタ３が接続され、金属製チャンバ４が同軸コネクタ３に固定されるようにして、金属製チャンバ４と放電ランプ１、又は金属製チャンバ４と反射鏡２とが拘束し合わない構成であれば詳細な構成や組立順序はどのようなものであってもよい。

上記のようにしてマイクロ波放電ランプシステムが完成する。
以上より、電流点灯により光学的位置合せを行った後にマイクロ波投入用の各部材を組み立てるようにしたので、マイクロ波放電ランプシステムにおいても、電流点灯による放電ランプシステムと同等の高い光学的精度を得ることができる。

ここで、反射鏡２の基準面２ａの一部が外部に露出するようにすることが望ましい。これにより、本システムをプロジェクタ等の光源装置に適用した場合、システムの光学系の基準を光源装置の光学系の基準に合わせて取り付けることができる。即ち、反射鏡に対して放電ランプ及び光源装置の光学的整合が確保されるので、光源装置全体としての光学的精度をより高めることができる。但し、反射鏡２と金属製チャンバ４又は金属製ガード５との隙間はマイクロ波が漏洩しない程度である必要がある。

本発明のマイクロ波放電ランプシステムを示す図。 本発明の製造方法の詳細を示すフローチャート。 本発明の製造方法の詳細を示すフローチャート。 本発明の製造方法の詳細を示すフローチャート。 本発明の製造方法の詳細を示すフローチャート。 本発明の製造方法を説明する図。 本発明の製造方法を説明する図。 本発明の製造方法を説明する図。 本発明の製造方法を説明する図。 本発明の製造方法を説明する図。 本発明の製造方法を説明する図。 本発明の製造方法を説明する図。 従来のマイクロ波放電ランプシステムを示す図。

符号の説明

１．放電ランプ
１ａ、１ｂ．電極
１ｃ、１ｄ．リード線
１ｅ．放電空間
２．反射鏡
２ａ．基準面
３．同軸コネクタ
４．金属製チャンバ
５．金属製ガード

Claims (5)

1. 放電ランプをマイクロ波供給により点灯するマイクロ波放電ランプシステムに用いるための反射鏡付放電ランプの製造方法であって、
   （Ａ）該放電ランプに設けられた一対の電極間に電流を供給することによって該放電ランプを点灯した状態で、該放電ランプと該反射鏡との光学的な位置合わせを行うステップ
   を含む製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、前記一対の電極が第１及び第２の電極からなり、
   前記ステップ（Ａ）が、
   （Ａ１）該第１の電極を該反射鏡のネック側に、該第２の電極を該反射鏡の開口側にして、放電ランプを該反射鏡に保持するステップ、
   （Ａ２）該第１及び第２の電極にそれぞれ接続された該第１及び第２のリード線から電流を供給して該放電ランプを点灯して、該放電ランプを該反射鏡に対して位置決めするステップ、及び
   （Ａ３）該放電ランプを該反射鏡に固定するステップ
   からなり、
   さらに、該ステップ（Ａ２）の後又は（Ａ３）の後に、（Ｘ）該第２のリード線を切断するステップを含む製造方法。
3. 一対の電極を有する放電ランプ及び反射鏡を備えたマイクロ波放電ランプシステムの製造方法であって、
   （Ａ）該一対の電極間に電流を供給することにより該放電ランプを点灯した状態で、該放電ランプと該反射鏡との光学的な位置合わせを行うステップ、及び
   （Ｂ）該放電ランプに取り付けられた同軸コネクタに、該放電ランプからの出射光の経路を確保しつつ該放電ランプ及び該反射鏡を覆う金属製の筐体を取り付けるステップ
   からなる製造方法。
4. 請求項３記載の製造方法において、前記一対の電極が第１及び第２の電極からなり、
   前記ステップ（Ａ）が、
   （Ａ１）該第１の電極を該反射鏡のネック側に、該第２の電極を開口側にして、該放電ランプを該反射鏡に保持するステップ、
   （Ａ２）該第１及び第２の電極にそれぞれ接続された該第１及び第２のリード線から電流を供給して該放電ランプを点灯して、該放電ランプを該反射鏡に対して位置決めするステップ、及び
   （Ａ３）該放電ランプを該反射鏡に固定するステップ
   からなり、
   前記ステップ（Ａ２）より後のいずれかの時点に、（Ｘ）該第２のリード線を切断するステップを含み、
   前記ステップ（Ａ）の前に、又は前記ステップ（Ａ）の後であって前記ステップ（Ｂ）の前に、（Ｙ）該第１のリード線に同軸コネクタを接続するステップを含む製造方法。
5. 請求項４記載の製造方法において、前記反射鏡の開口部端面の少なくとも一部分が前記金属製の筐体の外部に突出していることを特徴とする製造方法。

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