JP2018078006A

JP2018078006A - 光源装置

Info

Publication number: JP2018078006A
Application number: JP2016218539A
Authority: JP
Inventors: 匠佐藤; Takumi Sato
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-05-17

Abstract

【課題】水銀が封入された発光部内に一対の電極が対向配置され、前記発光部に紫外線反射膜が形成された高圧放電ランプと、該高圧放電ランプを取囲む反射鏡とを備え、前記高圧放電ランプが水平点灯される光源装置において、発生する紫外線の有効利用を図って発光部の温度の均一化を向上し、特に発光部の下方領域での黒化を抑制して、寿命特性の向上を図ることのできる光源装置を提供することである。【解決手段】前記紫外線反射膜は、前記発光部の下半球に設けられていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ショートアーク型高圧放電ランプと反射鏡を組み合わせた光源装置に関するものであり、特に、放電ランプの発光部に紫外線反射膜が形成された光源装置に係わるものである。

従来、プロジェクタ用の光源装置として、ショートアーク型高圧放電ランプと凹面反射鏡を組み合わせたものが使用される。そのプロジェクタ用の光源には、演色性のよい光源が要求されていて、高い水銀蒸気圧を持った高圧放電ランプが多用されている。

このような高圧放電ランプを有する光源装置には、光の利用効率や発光効率を上げて、より高輝度な光源が求められており、その方策が検討されている。
例えば、特開２００３‐２４２９３０号公報（特許文献１）では、発光部の表面に紫外線反射膜（可視光を通す多層膜）を形成し、アークから放射される光のうち、利用されない照射光（紫外線）を紫外線反射膜で発光部内に戻すことで、発光部内の水銀エネルギーを高め、これによりランプの発光効率を上げて高輝度化する工夫がなされている。
また当該文献によれば、発光部に高熱伝導物質をコートすることで、発光部の温度を均一なものとし、発光部の部分的な温度上昇を抑えることが記載されている。

また一方で、高圧放電ランプでは、ランプの始動電圧を下げても始動性を良くするため、始動補助光源が設けられている。特開２００９−１１７２８４号公報（特許文献２）がその例である。
始動補助光源には、例えば、放電容器の両端に外部電極が設けられた誘電体バリア放電ランプを用いることができ、放電容器には、放電用ガスとして、アルゴン、キセノン、ネオンなどの希ガスに加え、窒素又はヘリウム等の基体が一種以上封入され、主として紫外光を放射する光源が用いられる。
この始動補助光源は、高圧放電ランプの封止部側に設けられており、始動補助光源からの紫外光は、発光部の外面から放電空間へ照射され、又は、封止部の内部を伝搬して放電空間へ照射されるものである。

ところで、特許文献１にも記載されているように、発光部（バルブ）には温度差が生じやすく、これにより寿命特性を悪化させてしまう。つまり、発光部内の対流によって上部が高温となり、下部は、上部よりも低温となる。
このため、高温となる発光部上部ではガラスの結晶化が進んで白濁化し、失透が生じやすい。一方、低温となる発光部下部、特に最も低温となる発光部下部の封止部側の端部においては、ハロゲンサイクルの働きが弱くなり、蒸発したタングステンが発光部内壁に付着して黒化を招いてしまう。
そのため、発光部の温度はより均一化されていることが好ましい。
一方で、特許文献１に記載されるように高熱伝導物質をコートする手段では、発光部から出射される可視光を遮ってしまい、光の利用効率を低下させてしまうという問題もある。

特開２００３‐２４２９３０号公報特開２００９−１１７２８４号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、水銀が封入された発光部内に一対の電極が対向配置され、前記発光部に紫外線反射膜が形成された高圧放電ランプと、該高圧放電ランプを取囲む反射鏡とを備え、前記高圧放電ランプが水平点灯される光源装置において、ランプの発光効率を上げて高輝度化するとともに、発光部の部分的な温度上昇を抑えて寿命特性の向上を図ることができる光源装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る光源装置は、前記紫外線反射膜は、前記発光部の下半球に設けられていることを特徴とする。
また、前記紫外線反射膜は、前記発光部の下方領域における膜厚が、側方領域における膜厚よりも厚く形成されていることを特徴とする。
また、前記高圧放電ランプの封止部の近傍に始動補助光源が配置されており、該始動補助光源は、前記発光部の前記紫外線反射膜が形成されていない上半球に対向して設けられていることを特徴とする。

本発明の光源装置によれば、高圧放電ランプの発光部の下半球に紫外線反射膜を形成したので、この紫外線反射膜によって反射された戻り光が電極の下部にあたり、温度が上昇し、その影響により発光部の下部の温度が上昇する。また、紫外線反射膜が赤外光の一部を吸収して下部の温度上昇に寄与する。
このように、発光部下半球に設けた紫外線反射膜により発光部下部の温度が上昇し、発光部内の対流による温度変化を補償して、発光部全体の温度が均一化される。これにより、発光部の失透や黒化が抑制される。
また、紫外線反射膜の膜厚を発光部の下方領域で厚くしたことにより、この部位での紫外線反射率が大きくなり、戻り光が電極の下方に照射されて発光部の最下部の温度をより上昇させることができる。更に、紫外線反射膜の膜厚が厚いことで、赤外光の吸収量も増加して、温度上昇に寄与する。
加えて、始動補助光源を発光部の、紫外線反射膜が形成されていない上半球に対向して配置することで、始動補助光源からの紫外線が吸収されることなく発光部内に有効に照射され、始動補助作用に支障をきたすことがない。

本発明の光源装置の断面図。本発明に用いられる高圧放電ランプの正面図。図２の側断面図。図２のＡ−Ａ横断面図。他の実施例の横断面図。

図１に示すように、光源装置１は、高圧放電ランプ２と、これを取り囲む反射鏡３とからなり、この光源装置１は高圧放電ランプ２が水平点灯される態様で使用される。
高圧放電ランプ２は、発光部２１とその両端の封止部２２とからなり、発光部２１内には水銀が、例えば、０．１６ｍｇ／ｍｍ^３以上封入され、更に、１×１０^−７〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３のハロゲンと、希ガスが封入されている。
そして、前記発光部２１の下半球には、紫外線反射膜４が形成されている。この紫外線反射膜４は、可視光を通す多層膜からなり、アークから放射される光のうち、利用されない照射光（紫外線）を反射して発光部２１内に戻すものである。

更に、前記封止部２２の近傍には始動補助光源５が設けられている。この始動補助光源５は、例えば、特許文献２に示されるような、直管状の放電容器の両端の外周面に一対の外部電極を備え、放電容器内に希ガスなどが封入されて、紫外光を放射するものであって、封止部２２の近傍でこれと直交するように配置されている。
そして、この始動補助光源５は、前記発光部２１の前記紫外線反射膜４が形成されていない上半球に対向して設けられている。

本発明に係る高圧放電ランプ２の詳細が図２以下に記載されている。
図２は高圧放電ランプ２の側面図、図３はその側断面図、図４は図２のＡ−Ａ断面図である。
高圧放電ランプ２の発光部２１内には、一対の電極２３、２３が対向配置されていて、その発光部２１には、その下半球に紫外線反射膜４が形成されている。
なお、発光部２１の下半球、上半球とは、それぞれ、ランプの水平点灯時に発光部２１の管軸よりも下側の領域、上側の領域を意味する。
また、発光部２１の下半球と表現しても、ランプの管軸から下側全域に設けることを必ずしも意味せず、管軸よりも下側の適宜領域といった意味である。

図５に他の実施例が示されている。紫外線反射膜４は誘電体多層膜で構成されるが、その膜厚を変化させたものである。
つまり、紫外線反射膜４の膜厚ｔが、発光部２１の下方領域における膜厚ｔ１が、側方領域における膜厚ｔ２よりも厚く（ｔ１＞ｔ２）なるように形成されているものである。
これにより、紫外線反射膜４の下方領域での反射率が高くなり、これにより紫外線反射膜４の下方領域からの戻り光が増大し、電極２３の下部側に照射されて加熱され、その輻射熱により発光部２１の下方領域が加熱されて、発光部２１全体の温度均一化に資する。

実施形態の一例を示すと以下の通りである。
発光部直径１１．２ｍｍの４００Ｗの高圧放電ランプであり、発光部の下半球にのみ紫外線反射膜４が蒸着されている。
この紫外線反射膜４は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）と酸化珪素（ＳｉＯ_２）を交互に積層させた誘電体多層膜で構成されている。層数は２３層とし、膜厚はｔ２＝４．６（側方領域）〜ｔ１＝３４．５μｍ（下方領域の最下部）である。この紫外線反射膜４は、波長３４０ｎｍ〜４００ｎｍで反射率９０％以上を示す。
なお、紫外線反射膜４としては、上記以外に、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）と酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる誘電体多層膜であってもよく、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）と酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる誘電体多層膜であってもよい。
また、始動補助光源５として紫外発光光源が設けられている。この紫外発光光源の発光波長は、例えば、２３０ｎｍの光を発光するものであってよい。

以上の緒元を持つ放電ランプを、１２０Ｗ入力で水平点灯して、発光部２１の上部と下部の温度と、光源装置からの出射光の相対照度を測定した。その結果が、表１に示されている。
＜表＞１

表１からも明らかなように、発光部の上部と下部の温度差は、紫外線反射膜を有しないものに比べて、約１７％程度改善され、得られる出射光の相対照度は５％程度増加している。

以上説明したように、本発明の光源装置においては、水平点灯される高圧放電ランプの発光部の下半球に紫外線反射膜を形成したことにより、発光部内で発生した紫外線が、発光部の下半球で反射されて電極の下方に照射されるので、この電極の下方が特に加熱され、対流などの影響で低温となる発光部の下方領域にその輻射熱が作用することで、発光部全体の温度が均一化され、黒化が抑制されてランプの寿命特性が向上する。また、光源装置からの出射光の相対照度の均一化が図られる。
また、紫外線反射膜の膜厚を下半球の下方領域で厚くすることで、この領域での紫外線反射率が高くなり、特に、電極の下方が加熱されて、その影響で最も温度が低くなる発光部の下部領域の温度が上昇させることができる。
更には、始動補助光源が、発光部の紫外線反射膜が形成されていない上半球に対向して設けられていることで、始動補助光源からのＵＶが紫外線反射膜に遮られることなく、発光部内に効果的に照射される。

１光源装置
２高圧放電ランプ
２１発光部
２２封止部
２３電極
３反射鏡
４紫外線反射膜
５始動補助光源

Claims

水銀が封入された発光部内に一対の電極が対向配置され、前記発光部に紫外線反射膜が形成された高圧放電ランプと、該高圧放電ランプを取囲む反射鏡とを備え、
前記高圧放電ランプが水平点灯される光源装置において、
前記紫外線反射膜は、前記発光部の下半球に設けられていることを特徴とする光源装置。
前記紫外線反射膜は、前記発光部の下方領域における膜厚が、側方領域における膜厚よりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記高圧放電ランプの封止部の近傍に始動補助光源が配置されており、該始動補助光源は、前記発光部の前記紫外線反射膜が形成されていない上半球に対向して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。