JP2011253659A - 放電ランプ、およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】封体の外形を寸法精度よく形成することで、光を効率良く取り出し利用することが可能な放電ランプを提供する。
【解決手段】放電ランプ３は、中央部に設けられた封体としての封体部１０Ａと、封体部１０Ａの両側に延在する封止部１０Ｂ，１０Ｂとを有している。封体部１０Ａは、一対の電極１１ａ，１１ａの軸を回転軸とする回転体形状の中空円筒状であって、その内部には、発光物質（発光ガス）が封入された放電空間としての発光領域１４が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電ランプおよび放電ランプを用いたプロジェクターに関する。

従来、プロジェクターは、映像投射装置として会議でのプレゼンテーション用や、家庭におけるホームシアター用など各方面に利用されている。このようなプロジェクターに使用される光源装置としては、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、及び高圧水銀ランプなどの電極を有する放電ランプが主に用いられている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図６を用いて従来の放電ランプの構成を説明する。図６は従来の放電ランプの概略構成を示す断面図である。放電ランプ１０３は、石英ガラスで構成される発光管１１０と、発光管１１０内に配置された一対の電極１１１ａ，１１１ａとを有し、発光管１１０内には発光物質が封入されている。発光管１１０は、中央部に設けられた封体部１１０Ａと、封体部１１０Ａの両側に延在する封止部１１０Ｂ，１１０Ｂとを有している。
封体部１１０Ａは、曲率を持つ球状の外形形状であって中空空間を有している。この中空空間の内部には、発光物質（発光ガス）が封入された放電空間としての発光領域１１４が形成されている。封止部１１０Ｂ，１１０Ｂは、内部に金属箔１１１ｂ，１１１ｂを有し、金属箔１１１ｂ，１１１ｂの一方の端部には、電極１１１ａ，１１１ａが接続され、他方の端部にリード線１３３が接続されている。そして、リード線１３３，１３３に電圧を印加すると、対向する電極１１１ａ，１１１ａ間で放電が生じて発光部１１５が発光する。

特開２００５−５１８３号公報

前述した従来の放電ランプにおいて、発光管の放電空間は石英ガラス製の封体部で構成されている。封体部の外形は曲率を持つ球状などの構造であり、その製造は、中空状の石英ガラス管を加熱し軟化させ、型を押し当てるなどして成形を行う必要があるが、外形形状を設計した寸法通りに、精度よく形成することが難しい。このように、封体部の外形が精度よく形成できないと、放電空間内の放電部からの光を散乱させ、光を効率良く取り出し利用することが難しい。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る放電ランプは、発光物質が封入された放電空間に対向配置された一対の電極と、前記放電空間の外周を囲むように形成された封体部と、を備え、前記封体部は、前記電極の中心軸である電極軸を回転軸とする中空円筒状の回転体で形成されていることを特徴とする。

本適用例によれば、封体部を回転体の形状とすることで、曲率を持った球状にする必要がなくなることから、型を押し当てるなどして成形することが不要となるため封体を精度よく形成することが可能となる。これによって、電極間の放電発光を効率よく取り出し利用することが可能となる。

［適用例２］上記適用例に係る放電ランプにおいて、前記封体部は、中央部の内壁が両端部の内壁と比べ、前記一対の電極の間に位置する放電部に近づくように形成されていることを特徴とする。

本適用例によれば、封体部の内壁は、中央部が両端部よりも放電部に近くなり、封体部の内壁の厚みは中央部が両端部よりも厚く形成されているため、強度を確保することが可能となる。

［適用例３］上記適用例に係る放電ランプにおいて、前記封体部は、石英ガラスで形成され、前記封体部の内面にＢ₂Ｏ₃を含む保護膜が形成されていることを特徴とする。

本適用例によれば、封体部の内面にＢ₂Ｏ₃を塗布し、保護膜を形成することにより、封体部の結晶化による失透などへの抑制効果が得られ、これによって、放電ランプの耐失透性が向上し、長寿命化が可能となる。

［適用例４］本適用例に係るプロジェクターは、上記適用例に係る放電ランプを備えることを特徴とする。

本適用例によれば、光源に上記適用例に係る放電ランプを備えているため、長寿命で、表示品位が高く信頼性の高い投射像を得られるプロジェクターが得られる。

本発明の第１実施形態である光源装置の概略構成を示す断面図。 放電ランプの概略構成を示す断面図。 発光管の要部拡大断面図。 本発明の第２実施形態である放電ランプの概略構成を示す断面図。 本発明の第３実施形態であるプロジェクターの概略構成図。 従来の放電ランプの概略構成を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態を図面を使って説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である光源装置の概略構成を示す断面図、図２は、放電ランプの概略構成を示す断面図、図３は、発光管の要部拡大断面図である。

図１に示すように、本実施形態の光源装置１は、後述するプロジェクターに好適に採用されるもので、リフレクター１２と、リフレクター１２の内部に配置される放電ランプ３と、副反射鏡１３と、を有している。
図２に示すように、放電ランプ３は、石英ガラス（ＳｉＯ₂）から構成される発光管１０と、発光管１０内に配置された一対の電極１１ａ，１１ａとを有し、発光管１０内には発光物質が封入されている。

発光管１０は、中央部に設けられた封体部１０Ａと、封体部１０Ａの両側に延在する封止部１０Ｂ，１０Ｂとを有している。封体部１０Ａは、後述する一対の電極１１ａ，１１ａの軸を回転軸とする回転体の中空円筒状形状に形成されている。また、封体部１０Ａの中空円筒状の内部には、発光物質（発光ガス）が封入された放電空間としての発光領域１４が形成されている。

封止部１０Ｂ，１０Ｂには、棒状の電極１１ａ，１１ａが互いの先端部を離間させた状態で配置されている。電極１１ａ，１１ａは導電性材料であって、特に、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い材料、具体的にはタングステンなどが適している。
なお、電極１１ａ，１１ａの先端部を発光管１０の発光領域１４に配置する場合は、内部に充填する発光ガスの種類にもよるが、発光ガスとの反応により電極材料の金属が腐食することが考えられるので、その場合は電極１１ａ，１１ａに耐食膜などを備えることが望ましい。

封体部１０Ａは、その形状を単純構造である、中空円筒状の回転体の形状とすることで従来のような曲率を持った球状にする必要がなくなり、精度良く形状を形成することが可能となる。これによって、電極間の放電発光を効率よく取り出し利用することが可能となる。

封止部１０Ｂ，１０Ｂの内部には、一対の電極１１ａ，１１ａと電気的に接続されるモリブデン製の金属箔１１ｂ，１１ｂが挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔１１ｂ，１１ｂには、さらに電極引き出し線としてのリード線３３が接続され、このリード線３３，３３は、放電ランプ３の外部まで延出している。

なお、発光領域１４の内径は、例えば１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。
また、発光領域１４内に充填される発光物質としては、水銀、希ガスおよびハロゲン化合物で構成される。ここで、水銀は、例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ³〜０．３２ｍｇ／ｍｍ³の封入量であり、１５０ｂａｒ〜１９０ｂａｒの蒸気圧で封入されることが好ましい。
また、希ガスは、発光部における発光を補助するために用いられるものであり、特に限定されないが、常用されるアルゴンガス、キセノンガス等を用いることができる。
さらにハロゲン化化合物は、塩素、臭素、および沃素のうちのいずれかのハロゲンを用いることができ、特に臭素を用いることが好ましい。

図２に示すように、本実施形態にかかる発光管１０には、封体部１０Ａの内面１０ａに発光管１０の失透を抑制するための保護膜としての失透抑制膜１８が設けられている。
失透抑制膜１８は、図３に示すように、発光管１０を構成する封体部１０Ａの内面１０ａからＢ₂Ｏ₃膜１８ＡおよびＧｅＯ₂膜（保護膜）１８Ｂがこの順で積層されてなるＢ₂Ｏ₃−ＧｅＯ₂酸化物多層膜であり、封体部１０Ａの内面１０ａ全体を覆っている。このような失透抑制膜１８は耐熱性を有するため、ランプ使用温度で結晶化しにくいという効果を有している。

Ｂ₂Ｏ₃膜１８Ａは、ホウ素酸化物（Ｂ₂Ｏ₃）の微粒子を焼成してなる薄膜である。

失透抑制膜１８の膜厚は、封体部１０Ａの内部に封入される発光物質などによっても異なってくるが、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下に設定する。より好ましくは、０．２μｍ以上５μｍ以下の範囲内が好ましい。

図１に示すように、リフレクター１２は、放電ランプ３の一方の封止部１０Ｂが挿通される首状部２１およびこの首状部２１から拡がる曲面状の反射部２２を備えたガラス製の一体成形品である。
首状部２１には、中央に挿入孔２３が形成されており、この挿入孔２３の中心に一方の封止部１０Ｂが配置される。
反射部２２は、曲面状のガラス内面に金属薄膜を蒸着形成して構成され、この反射部２２の反射面は、可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーとなっている。

放電ランプ３は、この反射部２２の内部に配置され、封体部１０Ａの内の電極１１ａ，１１ａ間の発光中心が反射部２２の曲面の焦点位置と一致するように配置される。

そして、放電ランプ３を点灯すると、封体部１０Ａから放射された光束は、反射部２２の反射面で反射し、反射した光束がリフレクター１２より射出される。
以後の説明において、リフレクターより光束が射出する方向を「前方」とし、リフレクター１２の首状部２１が配置された方向を「後方」とする。

このようなリフレクター１２に放電ランプ３を固定する際には、放電ランプ３の一方の封止部１０Ｂをリフレクター１２の挿入孔２３に挿入し、挿入孔２３内部にシリカ、アルミナを主成分とする無機系接着剤を充填する。

副反射鏡１３は、封体部１０Ａの外周において、前方側を覆う反射部材であり、その反射面は、封体部１０Ａの内面１０ａに倣う凹曲面状に形成され、反射面はリフレクター１２と同様にコールドミラーとなっている。ここで、副反射鏡１３は、封体部１０Ａの外周において、前方側の略半分以上、１／３以下の範囲を覆うことが好ましい。

上述した放電ランプ３において、封止部１０Ｂ，１０Ｂから外側に延出するリード線３３，３３に電圧を印加すると、電極１１ａ，１１ａ間で放電が生じて発光部１５が発光する。そして、放電ランプ３の封体部１０Ａから前方側に射出された光束の一部は、この副反射鏡１３の反射面にて反射され、封体部１０Ａに再度戻る。そして、この戻り光の一部が封体部１０Ａの発光領域１４に封入された発光物質にエネルギーを吸収されるとともに、その他の戻り光がリフレクター１２側に向けて進み、リフレクター１２の反射部２２で反射し前方に射出される。

このように本実施形態の光源装置１は、発光管１０を構成する封体部１０Ａの内面１０ａに、Ｂ₂Ｏ₃膜１８ＡおよびＧｅＯ₂膜１８Ｂを積層した酸化物多層膜からなる失透抑制膜１８によって、発光管１０の失透を長期的に抑制することが可能である。この失透抑制膜１８は、透光性が高いだけでなく化学的な安定性及び耐熱性に非常に優れていることから、放電ランプ３点灯時に高温に晒されたとしても変質しにくい。これにより、発光管１０の失透を効果的且つ長期的に抑制することができ、放電ランプ３としての寿命を大幅に改善することができる。なお、本例では失透抑制膜１８としてＢ₂Ｏ₃膜１８ＡおよびＧｅＯ₂膜１８Ｂを積層した酸化物多層膜で説明したがこれに限らず、Ｂ₂Ｏ₃膜を含む構成であれば同様な効果を有する。

また、本実施形態では、失透抑制膜１８の膜厚が０．１μｍ以上１０μｍ以下とされている。失透抑制膜１８の膜厚が０．１μｍ未満の場合には失透抑制効果があまり期待できない。一方、膜厚が１０μｍを超える場合には厚みが増して膜割れや剥離が生じるおそれがある。より好ましくは、０．２μｍ以上５μｍ以下の膜厚で形成する。これにより、膜割れや剥離なども生じず、高い失透抑制効果が期待できるので、高い発光光率を長時間維持することが可能となる。

（第２実施形態）
放電ランプの第２実施形態を図４を参照して説明する、図４は、第２実施形態にかかる放電ランプの概略構成を示す断面図である。なお、前述の第１実施形態で説明した構成と同様部位は、同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る放電ランプ２０３は、発光管３０を構成する封体部３０Ａを有している。封体部３０Ａは、一対の電極１１ａ，１１ａの軸を回転軸とする回転体の中空円筒状に形成されるとともに、内壁中央部が両端の内壁に比べて放電部１５に近づく形状に形成されている。換言すれば、中空円筒状に形成された封体部３０Ａの内壁と外壁との間の厚さが中央部に近づくにつれて厚さを増し、封体部３０Ａは、その中央部付近において、本例では凸状のレンズ形状に形成されている。

第２実施形態に示す放電ランプ２０３は、封体部３０Ａの中空円筒状に形成した内壁の厚みが、中央部が両端部よりも厚く形成されており、内面１０ａの中央部が両端部に比べて一対の電極の間にある放電部に近づく構成となっている。これにより、本実施形態の放電ランプ２０３は、第１実施形態の放電ランプ３の効果に加えて封体部３０Ａの強度を確保することが可能となるとともに、封体部３０Ａのガラスにレンズ効果をもたらすことになる。レンズ効果を得たガラスは、放電部としての発光部１５からの光が放射状に射出されることを防ぎ、効率の良い光の取り出しが可能となる。これにより、前述した副反射鏡１３を設けなくても発光部１５からの光を効率よく取り出し用いることが可能となる。

（第３実施形態）
（プロジェクター）
次に、上記実施形態の光源装置を用いた透過型液晶方式のプロジェクターについて説明する。
図５は、プロジェクターの構成例を示す平面図である。図に示されるように、プロジェクター１１００内部には、上記実施形態で説明した放電ランプ３、或いは放電ランプ２０３を備えたランプユニット１１０２が設けられている。このランプユニット１１０２から射出された射出光は、ライトガイド１１０４（照明光学系）内に配置された４枚のミラー１１０６および２枚のダイクロイックミラー１１０８によってＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の３原色に分離され（色分離光学系）、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル（光変調部）１１１０Ｒ，１１１０Ｂおよび１１１０Ｇに入射される。

液晶パネル１１１０Ｒ，１１１０Ｂおよび１１１０Ｇの構成は、３板式液晶装置を採用しており、画像信号処理回路から供給されるＲ、Ｇ、Ｂの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルによって変調された光は、ダイクロイックプリズム１１１２（色合成光学系）に３方向から入射される。このダイクロイックプリズム１１１２においては、ＲおよびＢの光が９０度に屈折する一方、Ｇの光が直進する。したがって、各色の画像が合成された画像が、投射レンズ１１１４（投射部）を介して、スクリーン等にカラー画像が投射されることとなる。ここで、各液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇによる表示像について着目すると、液晶パネル１１１０Ｇによる表示像は、液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂによる表示像に対して左右反転することが必要となる。

プロジェクター１１００は、上記実施形態の放電ランプ３、或いは放電ランプ２０３を備えている。放電ランプ３、或いは放電ランプ２０３は失透が長期的に抑制されるものであるため高輝度な照明光を長期に亘って照射することが可能である。このため、プロジェクター１１００は、長寿命化され、表示品位が高く信頼性の高い投射像を得ることができる。

（変形例）
以下に第３実施形態の変形例を説明する。上記実施形態のプロジェクター１１００は、光変調部として液晶パネルを用いている。しかし、これに限らず、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを使用しても良い。なお、マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いることができる。なお、マイクロミラー型光変調装置を用いた場合には、入射偏光板や射出偏光板、および偏光変換素子などを不要とすることができる。

上記実施形態の放電ランプ３、或いは放電ランプ２０３は、透過型液晶方式のプロジェクター１１００に用いられている。しかし、これに限らず、反射型液晶方式であるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）方式などを採用したプロジェクターに用いられても同様の効果を奏することが可能である。

上記実施形態での光変調部は、液晶パネルを３枚使用する３板方式であったが、液晶パネルを１枚使用する単板方式を用いても良い。なお、単板方式を用いた場合には、照明光学系の色分離光学系や色合成光学系などは不要とすることができる。

また、上記実施形態の放電ランプ３、或いは放電ランプ２０３は、プロジェクターの外部に設置される投射面に光学像の投射を行うフロントタイプのプロジェクターに適用している。しかし、これに限らず、プロジェクターの内部にスクリーンを有して、そのスクリーンに光学像を投射するリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。

上記実施形態の放電ランプ３、或いは放電ランプ２０３は、プロジェクター１１００の光源として適用している。しかし、これに限らず、小型軽量の光源装置は、他の光学機器に適用しても良い。また、航空、船舶、車輌などの照明機器や、屋内照明機器などへも好適に適用することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…光源装置、３，２０３…放電ランプ、１０，３０…発光管、１０Ａ…封体部、１０Ｂ…封止部、１０ａ…内面、１１ａ…電極、１４…発光領域、１５…発光部、１８…保護膜としての失透抑制膜、３３…リード線、１１００…プロジェクター。

Claims (4)

1. 発光物質が封入された放電空間に対向配置された一対の電極と、
   前記放電空間の外周を囲むように形成された封体部と、を備え、
   前記封体部は、前記一対の電極の中心軸を回転軸とする中空円筒状の回転体で形成されていることを特徴とする放電ランプ。
2. 請求項１に記載の放電ランプにおいて、
   前記封体部は、中央部の内壁が両端部の内壁と比べ、前記一対の電極の間に位置する放電部に近づくように形成されていることを特徴とする放電ランプ。
3. 請求項１または２に記載の放電ランプにおいて、
   前記封体部は、石英ガラスで形成され、前記製封体内面にＢ₂Ｏ₃を含む保護膜が形成されていることを特徴とする放電ランプ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプを備えることを特徴とするプロジェクター。

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