JP4405266B2 - 反射型ランプ - Google Patents

Description

本発明は、本質的に、特に高圧ガス放電ランプ（高強度放電（HID）ランプまたは超高性能（UHP）ランプ）の形態の光源と、主反射器（二次反射器）と、光源からの光を主反射器に反射するのに用いる一次反射器とによって、形成されている反射型ランプに関する。

このような反射型ランプは、それらの光学的性質のために、とりわけ、投影の目的に好んで用いられており、たとえば、特許文献1に記載されている。特許文献1の本質的な特徴は、特に、可能な限り高い視感度と、投影表面の照明を可能な限り均一にする放射特性とにある。

これらの性質の最適化を妨げるかもしれない問題は、たとえば、固締素子によって、および／または、主反射器内にランプを通すことによって、形成される。これらは、光源から発せられる光が、部分的に覆われる、および／または、反射しない領域あるいは反射型ランプの放射特性に悪影響を及ぼす反射特性を有する領域に入射するという結果をもたらすであろう。

反射部（特定の形状であって、光学的に活性な形状を有しており、かつ、主反射器（反射層）を支持する部分）と首部（主として、ランプを固締するための部分であって、かつ、供給線を通過させる部分）との間を区別するための接続は、有益である。これらの2つの部分は、反射開口部または光放出開口部を有する反射器本体を形成する。

ランプは、マウントを行う間、主反射器の形状に基づいて反射器本体に位置合わせされ、それから、最適な光学的性質を達成するために、または、特定の放射特性を達成するために、（たとえば、ランプ・セメントで）適切な位置に固定されなければならない。

首部は、収容されたランプを、適切に位置合わせすることができるような大きさに決められている。これは、一方で、反射器本体およびランプの製造許容誤差を考慮し、かつ他方で、実際の光源（すなわち、放電灯の放電アーク）が、製造技術上の理由から、放電スペース内において、正確に規定されかつ再現可能な位置を占めることがないであろうという事実を考慮して、行わなければならない。したがって、放電アークが光学的にチェックされていて、かつ、ランプが加熱されている間に、放電アークは、反射器の焦点合わせが行われ、すなわち、最適位置に焦点合わせが行われなければならない。これは、首部の直径または開口部が、非常に大きくなければならないので、充分なスペースが、ランプの調整のために、利用可能になるということを意味する。

しかしながら、反射器として利用可能な表面エリアが、あまりに多く損失することのないように、この首部の直径、すなわち、首部の開口部の直径を、光学的な理由により可能な限り小さくすべきであるということも、要求される。このことは、特に、ランプが、反射器内に相対的に深く挿入され、したがって、反射器の後方端部のすぐ近くに来る場合に当てはまる。約7.5mmの焦点距離を有し、かつ、約9mmの直径の放電容器を有するランプを備える通常の放物面反射器では、放電容器は、反射器表面から約3mmしか離れていないところにあるであろう。したがって、光放射の相対的に大きい空間角度は、相対的に小さい反射器表面に関連づけられている。その結果、それに対応して、大きな光損失が、生じる場合がある。このような理由により、ランプ用に保持される反射器の最後方の開口部の直径とランプの直径との間の許容される最大差は、通常約1mmとなる。その結果、マウントおよび調整に利用可能なスペースは、やはり相対的に小さくなる。

首部の開口部が小でなければならない要求も、調整およびマウントの自動化を、より困難にする。ランプは、使用できる位置へのアラインメントを可能にするために、その後方端部で保持されなければならない。これは、通常、ランプを、小さい直径を与えることが不可能な首部を通して、反射器本体に導入しなければならないか、または、ランプを、反射器の光放出開口部に挿入するためにランプの前方端部で把持した後に、ランプの後方端部で再び把持しなければならないことを意味する。代替物は、両方とも、かなりの機械的な消費（これは、導入によって更に増加する）と、ランプ・セメントの相対的に遅い硬化とを要求する。

更なる問題は、反射器本体（特に反射部）の最後方の部分が、光放出窓の領域に存在する前方部分よりも不正確な幾何学的形状で製造されるかもしれないということである。その理由は、反射器本体の後方部分では、壁厚が更に増し、かつ、首部および適切な固締素子が、更に反射器本体の後方部分で形成されるからである。このような幾何学的な不正確さは、後方反射部のあらゆる不規則性がそれに関連づけられて相対的に広い空間角度を有するので、非常に不利になる場合がある。その結果、後方反射部の不規則性は、前方反射部の不規則性よりも、放射特性に非常に強い影響を及ぼす。

独国特許出願公開第10151267号明細書

したがって、本発明は、反射部の後方部分および／または反射部の他の物体によって、光学的性質に悪影響が及びにくい、または、悪影響が全く及ばない、冒頭で言及したような反射型ランプを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、マウントおよび位置合わせが自動的に出来るので、有効な反射器表面の一部がもはや利用できないといった構造を選択する必要なしに、相対的に安い機械的な支出によって、低廉な反射型ランプを提供することを目的とする。

更なる目的は、既知の反射型ランプの場合に可能なものよりも、実質的に光損失が無く、かなり強固に小型化することができる反射型ランプを提供することである。

この目的は、請求項1による、光源と、主または二次反射器と、前記光源から生じている光のうち、前記主反射器の光学的に不活性な領域の方向へ伝播する部分を、前記光源を通って前記主反射器上へと反射させる、少なくとも1つの一次反射器と、
前記主反射器の表面の幾何学的な仮想連続面が、前記ランプのバーナーを通過するように、前記主反射器を支持している反射部と、
前記光源を備えている前記ランプを導入するための首部分と、
を有する反射型ランプであって、
前記光学的に不活性な領域は、前記ランプを導入するための首部分の開口部の形をとるものである、反射型ランプによって達成される。

光学的に不活性な領域とは、反射特性のない領域、または、たとえば、主反射器の首部の開口部およびこの開口部のおそらく端部のような、反射型ランプの放射特性に悪影響を及ぼす反射領域であるものと理解されたい。つぎに、当該光部分の反射度は、本質的に、選択された反射材料の反射率と、一次反射器の形状および精度の正確性とに、依存している。

この解決手法の特に優れている点は、既述のような反射器が光源の範囲（すなわち、実質的に放射特性の幅）をさほど増加させないので、反射型ランプが特に投影の目的に向いているということである。このため、たとえ、一次反射器が相対的に大きいサイズを有していても、適合問題が、投影光学システムへの挿入において発生することはないであろう。

さらに、光源を具備するランプの自動マウントを可能とするために、および／または、首部におけるランプの少なくとも部分的な位置によって実質的に光が損失することなく高度な小型化を達成するために、および／または、ランプ・セメントに代えて、ランプを実質的に、より正確に、信頼性高く、安全に固締することができるという更なる利点を有するランプ用の機械的な固締手段の使用を可能とするために、これらの領域（たとえば、首部の形態の領域）を、既知の反射型ランプと比較して、相対的に大きくした場合でも、光学的に不活性な領域が反射型ランプの放射特性に与える影響も、また、少なくとも大部分除去される。

最終的に、たとえば、固締素子、冷却手段などのような、主反射器の領域の物体による放射特性に対する不利な影響は、（多分、更なる）一次反射器が、当該物体の位置および大きさを考慮して、配置される本発明によって、防止することができる。

従属請求項は、本発明の有利な別の実施例に関する。

請求項2および3は、その悪影響を有利に除去することができる、光学的に不活発な領域または物体に関する。

請求項4および5に記載の一次反射器は、特に、単純で、有効で、低廉な手法で製造することができる。

請求項6および7の実施例によって、本発明による反射型ランプを、特に高度に小型化することが可能になる。さらに、請求項8の実施例は、放射光の強度と構成とのために、投影への適用に、特に好適に用いることができる。

本発明の、更なる詳細、特徴および効果は、図面を参照して得られる、好ましい実施例の以下の説明から明らかになるであろう。

図1から図3において、同一の素子または対応している素子には、同じ参照番号が付されている。

図1から図3によって分かるように、本発明による反射型ランプは、常に、反射器本体1およびランプ2から構成される。

反射器本体1は、一方で、その内壁に、光学的な反射層の形態の、反射器表面（主反射器または二次反射器）12を保持する反射部11を備える。反射器本体1の内壁は、ランプ2の光が、所望の放射特性を有する、反射器本体1の光放出開口部から発生するように、成形されている。一般に、この形状は、放物線状の階調度（放物面鏡）を有するが、これに代えて、所定の用途のために要求されるビーム生成の種類に依存して選択される、楕円タイプの形状、および、他の形状とすることも可能である。

光学的な反射層は、たとえば、一金属層によって、または、他層の表面上に位置する一層または多層の誘電層によって形成されている。

他方、反射器本体1は、光放出開口部とは反対側の反射器本体1の後方端部に、本質的にはランプ2の収容および固定のための、首部を備える。

ここで示されているランプ2は、バーナー21を備えるガス放電ランプであって、実際に光源22を構成するアーク放電が2つの電極の間で励磁される放電スペースと、供給電流が導入される第1および第2のランプ端部23、24とを有する、ガス放電ランプである。少なくとも、第1のランプ端部23は、ランプ2を固定するために、反射器本体1の首部13を通して延在する。

この代わりに、白熱電球またはいくつかの他の光源を用いてもよい。

図1から図3で分かるように、さらに、ランプ2のバーナー21は、その表面に、たとえば、金属層または多くの重畳されている誘電層（多層色性フィルタ）によって形成されていて、かつ、既知のコーティング工程によって設けられている、反射器表面12のような、光学的な反射層（一次反射器）25を備える。

ここで、この反射層、つまりコーティング25は、バーナー21の最後方の半分に、すなわち、首部13の開口部に隣接している部分に存在し、かつ、たとえば図1および図3に示されるように、順方向に（光放射の方向に）、バーナー21の「赤道」まで、すなわち、光源22（アーク放電または白熱のコイル）の幾何学的なほぼ中心のレベルまで延在する。

したがって、このコーティング25は、少なくとも実質的に豊富な反射器表面12の最後方の部分の、または、隠れている部分の光学機能を生成する。したがって、反射型ランプ2の放射特性に関する、反射器表面12の最後方の部分の光学品質が相対的に低いという好ましくない影響も、少なくとも実質的に除去される。

この結果、首部13の開口部のサイズは、上記の反射器表面12の損失に関して、もはや重大ではなくなる。したがって、首部13の開口部のサイズを、非常に大きくすることが可能となるので、特に、ランプ2を後ろから反射器本体1に導入することができ、さらに、充分なスペースを、ランプ2のアラインメントに利用することができる。また、このことにより、反射器本体1を自動で組み立てる可能性と、相対的にわずかな出費で調整する可能性とが広がる。

さらに、反射器本体1の後方端部を、より自由に、かなり大きくすることもできる。このため、ランプ・セメントに代えて、たとえば、適切な、機械的に調整可能な固締素子を、ランプ2に用いることができる。

コーティング25を備える表面は、光源22から生じ、かつ、コーティング25へ入射する光が、それ自体の方へ少なくとも実質的に反射され、それに応じて、光源22を通って反射器表面12上に照準が定められように、都合よく成形される。この後方反射は、光源22の延在が、コーティング25での反射によって増加しない、すなわち、光源22の放射特性が、実質的に拡大しないという、更なる利点をもたらす。このため、特に、投影システムでは、光学投影系への組み込みにおいて、付加的な適合問題は、生じないであろう。

図1に示される本発明の第1の実施例では、首部13の直径は、ランプ2を、そこで要求される方法で、調整でき、かつ、ランプ2の第1のランプ端部23で、固定できるような、大きさにされる。しかしながら、この場合、ランプ2は、反射器本体1の光放出開口部を通して、従来の方法によって首部13に挿入される。この実施例では、コーティング25は、首部13に置かれている第1のランプ端部23の始めと、バーナー21のほぼ「赤道」（光源22の幾何学的に中心のレベルにほぼ存在している部分）との間であって、バーナー21の表面に延在する。

図2および図3に示される実施例では、首部13は、ランプ2がこの首部13を通して、すなわち、反射器本体1の後ろから、挿入されるような直径を有している。

図2の第2の実施例では、首部13の内側にバーナー21の一部が置かれていて、さらに、反射コーティング25が、首部13の内側に存在する第1のランプ端部23の始めから、反射器本体1の光放出開口部の方向に、限られた距離のみ、延在する。このため、反射コーティング25は、首部13の開口部、および、不充分な光学的性質を有するかもしれない領域であって、可能な限り、この開口部を直接囲んでいる反射器表面12の領域と、光学的に置き換わる。

首部13（相対的に狭い部分）の開口部を囲んでいる、反射器表面12の後方部分は、コーディング25があるために、光学的には、もはや必要ないことも、これらの実施例から明らかになる。

図3に示される第3の実施例では、反射器表面12の幾何学的な（仮想の）続きが、バーナー21を通って延在するように、第1のランプ端部23のみでなく、およそバーナー21の半分が、反射器本体1の首部13の内側に存在する。

第2の実施例、および、特に、第3の実施例には、反射部11の焦点距離およびバーナー21の直径を、実質的に、相互に独立して選択することができるという、更なる効果がある。これは、既知の反射型ランプと比較して、実質的に同じ光収集効果の場合に、反射型ランプの更なる小型化の可能性を与える。ここでは、反射部11の焦点距離は、光損失を防止するために、バーナー21の半径よりも大きくしなければならない。

さらに、全ての実施例は、非対称な、特に、バーナー21の表面で回転的でなく非対称な、反射コーティング25の提供の可能性を提供する。これは、特に、たとえば、取付素子、ランプコンタクト、点弧補助器具（たとえば、アンテナ）、または、冷却デバイスなどのような、更なる素子が、ランプ2に続いて反射器本体1の内側に存在する場合には、好都合かもしれない。そのような場合には、コーティング25の端部は、コーティング25が、光を反射して、それ自体に戻し、光が光源22を通って反射器表面12の自由な領域へ照準を定める間に、当該各素子が隠れるように、マウントされるべきである。

これに代えて、バーナー21の表面に局所的なコーティングの形態の更なる一次反射器を、これらの物体の位置および大きさに対応するように、配置してもよい。

一次反射器および二次反射器の好適な組合せは、参照文献として本明細書に取り込まれている、引用刊行物である独国特許出願公開第10151267号明細書（特許文献1）に開示されている。さまざまな反射コーティングおよび材料は、引用刊行物に記載されている。コーティング材料は、これらの所望の光学的性質（たとえば、2色性反射コーティング）を達成するために、かつ、適用可能なものとして、反射部11およびバーナー21の材料に可能な限り密接に対応する、熱膨張係数を達成するために、構成されることが好ましい。これらの材料には、特に、SiO₂、TiO₂および／またはZrO₂および／またはTa₂O₅がある。

第1の実施例の概略の長手方向の断面図である。 第2の実施例の概略の長手方向の断面図である。 第3の実施例の概略の長手方向の断面図である。

符号の説明

1 反射器本体
2 ランプ
11 反射部
12 反射器表面（主反射器または二次反射器）
13 首部
21 バーナー
22 光源
23 第1のランプ端部
24 第2のランプ端部
25 反射層（一次反射器）、コーティング

Claims (8)

1. 光源を備えたランプと、
   主反射器と、
   前記光源から生じている光のうち、前記主反射器の光学的に不活性な領域の方向へ伝播する部分の略全てを、前記光源を通って前記主反射器上へと反射させる、少なくとも1つの一次反射器と、
   前記主反射器の表面の幾何学的な仮想連続面が、前記ランプのバーナーを通過するように、前記主反射器を支持している反射部と、
   前記ランプを導入するための首部分と、
   を有する反射型ランプであって、
   前記光学的に不活性な領域は、前記ランプを導入するための首部分における開口部である、反射型ランプ。
2. 当該光学的に不活性な領域は、前記光源を備えているランプが設けられている、主反射器の貫通路によって形成されている、請求項1に記載の反射型ランプ。
3. 当該物体は、固締手段、冷却手段、点弧手段、あるいは、前記光源の活性化および／または作動を提供するための他の手段である、請求項1に記載の反射型ランプ。
4. 前記一次反射器は、前記光源を備えているランプの表面に備えられている、光学的な反射コーティングによって形成される、請求項1に記載の反射型ランプ。
5. 前記光学的な反射コーティングは、金属層または複数の誘電層または二色性のフィルタによって形成されている、請求項4に記載の反射型ランプ。
6. 前記主反射器の焦点距離が、前記ランプのバーナーの半径よりも小さいような、前記主反射器を支持している反射部と、前記光源を備えている前記ランプを導入するための首部分とを有する、反射器本体を備えている、請求項1に記載の反射型ランプ。
7. 前記光源は、高圧ガス放電ランプのアーク放電である、請求項1に記載の反射型ランプ。
8. 上記請求項のいずれか一つに記載の少なくとも一つの反射型ランプを有する、投影システム。

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