JP4604804B2 - 放電ランプ装置 - Google Patents

Description

本発明はプロジェクターの光源に利用される放電ランプ装置に関する。

従来からプロジェクターの光源として利用されている放電ランプ装置では、高輝度で演色性に優れるショートアーク型の超高圧水銀ランプやメタルハライドランプを用い、これらのランプから放射された光を反射鏡で集光して利用してきた。

従来の放電ランプ装置の一例を図４に示す。
放電ランプ１は発光管１０とその両側に封止部１１，１２が形成されている。反射鏡２は反射面２１が回転楕円面であり、反射鏡２の頂部開口２２に一方の封止部１１が挿通された状態で、封止部１１が接着材４によって頂部開口２２に固定され、他方の封止部１２は反射鏡２の前面開口に向けて延在し、この封止部１２から突出する外部リード棒１６に給電線１７が接続され、放電ランプ１と反射鏡２が一体に組み合わされたものである。
そして、反射鏡２の前面開口の前方に、前面ガラス３が配置されている。
このような放電ランプ装置は、放電ランプの電極軸が水平になるように水平点灯されるものである。

前面ガラス３は、図４に示すように反射鏡２の前面開口から離間して配置されており、便宜上点線で示す反射鏡２の前面開口と前面ガラス３との間には光進行方向に障害とならないように中空筒状の中間部材５が配置されている。
この中間部材５は、放電ランプ装置を構成する筐体の一部であってもよく、前面ガラス３を保持する保持部材であってもよい。
或いは、中間部材５を用いることなく、前面ガラス３は反射鏡５の前面開口の縁に密着して形成されていてもよい。

このようなランプ装置は、コンパクト化が要求されているために、放電ランプは外管のない一重管タイプの放電ランプが用いられる。そして、最近では、より大きな光出力を得て、しかも、演色性を高めるために発光管内の封入金属として水銀のみを使用し点灯中に発光管の内圧が百気圧以上にも達する放電ランプが開発され、このような放電ランプが点灯中に破損すると高温・高エネルギーを持った破片が周囲に飛散する危険性がある。

このような問題を避けるために、図４に示すように、反射鏡２の前面開口を前面ガラス３と中間部材５で塞ぎ、放電ランプ１が破損した時の破片の飛散を防止するようにしている。
そして、放電ランプ１から放射された光は、反射面２１によって反射され、前面ガラス３透過し、放電ランプ装置外の第２焦点に集光されて、光学系を介して液晶等の表示装置に照射されるようになっている。

特開２００３−１６８３０３号

しかしながら、このような放電ランプ装置では、放電ランプ１を水平点灯するため発光管１０の上方Ａ点と下方Ｂ点では温度が異なり、上方Ａ点が下方Ｂ点に比べ著しく高くなるものであり、下方Ｂ点が発光管１０の最冷点となる。

近年、放電ランプ装置から放射される光出力を上げる要求があり、放電ランプに投入する電力を上げ、最冷点の温度を上げて、従来より多量の水銀を封入し、封入した水銀の全てを蒸発させて光出力を上げる構造が試されている。
しかしながら、最冷点である下方Ｂ点の温度は上がるものの、一方で、上方Ａ点の温度も上がり、発光管１０の溶融温度を超えてしまい、発光管１０が破損するという問題があった。
このような問題を避けるために、反射鏡２内に発光管１０の上方Ａ点のみを積極的に冷却する構造を付加することも考えられるが、冷却構造が複雑になるという問題があった。

また、発光管１０の最冷点である下方Ｂ点付近の温度が低いために、発光管１０内に封入されたハロゲンガスのハロゲンサイクルが不安定になり、この部分が失透するという問題もあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、特別な冷却構造を用いることなく、放電ランプの発光管の上方部分と下方部分の温度差を小さくでき、高い光出力を得ることができるとともに、放電ランプの発光管が失透することがない放電ランプ装置を提供することにある。

請求項１に記載の放電ランプ装置は、発光管内に一対の電極が配置され当該発光管の両側に金属箔が埋設された封止部が形成された放電ランプと、この放電ランプを取り囲むように反射面が回転楕円面を有する反射鏡が配置され、当該反射鏡の頂部開口に前記放電ランプの一方の封止部が挿通されて固定され、当該反射鏡の前面開口に向けて前記放電ランプの他方の封止部が延在し、当該他方の封止部から突出した外部リード棒に給電線が接続され、前記反射鏡の開口より前方に前面ガラスが形成され、前記反射鏡内に前記放電ランプを収容した放電ランプ装置において、前記放電ランプは、電極軸が水平になるように配置され、前記前面ガラスは、前記反射鏡の光軸に対して直交する方向に配置され、前記反射鏡の第２焦点が当該前面ガラスで折り返されて、前記他方の封止部に埋設された金属箔が存在する領域に位置するように配置され、前記前面ガラスから反射されて戻された光が前記他方の封止部を透過し前記発光管内に進行する位置に配置され、前記封止部に埋設される金属箔は、封着される幅広の封着面が垂直方向に位置していることを特徴とする。

本発明の放電ランプ装置によれば、特別な冷却構造を用いることなく、放電ランプの発光管の上方部分と下方部分の温度差を小さくでき、高い光出力を得ることができるとともに、放電ランプの発光管が失透することがないものである。

図１は、本発明の放電ランプ装置の説明図である。
放電ランプ１は石英ガラス製の発光管１０とその両側に封止部１１，１２が形成されている。発光管１０内には、タングステンからなる一対の電極１３，１４が設けられており、電極間距離は、点光源に近づけるために例えば１．２ｍｍとしている。発光管１０の内部には所定量の水銀とともに始動用ガスとしてアルゴンガスが封入されている。封着部１１，１２には電極１３，１４と接続されたモリブデンからなる金属箔１５が気密封着されている。金属箔１５には、外部リード棒１６の一端部が接続され、外部リード棒１６の他端部は封止部１１，１２の外部に突出している。

反射鏡２の前面開口に向けて延存する封止部１２から突出した外部リード棒１６には、先端にニッケル製のリング部材が形成された銅製の給電線１７が、リング部材を外部リード棒１６に対してかしめることによって、給電線１７が外部リード棒１６に接続されている。

ガラス製の反射鏡２は、放電ランプ１を取り囲むように形成されており、反射面２１は回転楕円面になっており、頂部開口２２に放電ランプ１の一方の封止部１１が挿通された状態で接着材４によって固定されている。この結果、放電ランプ１と反射鏡２が一体に組み合わされるものである。
反射鏡２の前面開口の前方に前面ガラス３が配置されており、便宜上点線で示す反射鏡２の前面開口と前面ガラス３との間には光進行方向に障害とならないように中空筒状の中間部材５が配置されている。
この中間部材５は、放電ランプ装置を構成する筐体の一部であってもよく、前面ガラス３を保持する保持部材であってもよい。
或いは、中間部材５を用いることなく、前面ガラス３は反射鏡５の前面開口の縁に密着して形成されていてもよい。
この結果、放電ランプ１が反射鏡２内に収容された状態になる。

反射鏡２は、反射面２１が回転楕円面になっていることにより、第１焦点と第２焦点を有するものであり、第１焦点に電極１３，１４間で発生するアークが位置するように放電ランプ１が配置され、第２焦点にレンズ等の不図示の光学系が位置するようになっている。

発光管１０内には、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入されており、発光管１０の失透を防止する目的でハロゲンガスも封入されており、点灯時の水銀蒸気圧が百気圧以上にも達するものである。これは点灯時の水銀蒸気圧を高くすることにより、アークの広がりを抑える、いわゆるアークの絞り込みを行うことによって、より一層の光出力の増大や、演色性の向上を図るものである。

このような放電ランプ１が点灯中に破損すると高温・高エネルギーを持った破片が周囲に飛散する危険性があるので、反射鏡２の前面開口を塞ぐように前面ガラス３と中間部材５が配置され、放電ランプ１を反射鏡５の内部に収容する構造をとっている。

前面ガラス３は平板状であって、反射鏡２の第１焦点と第２焦点との間に存在するものであり、反射鏡２の光軸Ｘに対して直交する方向に配意されている。
そして、前面ガラス３に照射された光は、約９７％が前面ガラスを透過し、約３％が前面ガラス３によって反射されて戻されるものである。
この反射された光は、どの位置に戻されるかによって、様々な現象を生じるものである。

次に、前面ガラスの位置を変えて、前面ガラスから戻ってくる光と放電ランプとの関係を調べる実験を行った。
この実験では、図１に示す発光管１０の上部Ａ点と下部Ｂ点の温度を調べるとともに、放電ランプ自体で発生する不具合を調べたものである。
また、前面ガラスの位置は、前面ガラスで折り返される第２焦点の位置が放電ランプに対してどの位置にくるかで規定したものである。

図２は、前面ガラスで折り返される第２焦点の位置を模式的に示すものであり、表１に、前面ガラス位置と、その位置を規定する説明と、図２に示す前面ガラスで折り返される第２焦点の位置を整理して示すものである。

次に、上記前面ガラス位置１〜６と放電ランプの発光管温度、放電ランプ自体に生じる不具合を整理した結果を、表２に示す。

表１、表２から理解されるように、前面ガラス位置１では、前面ガラスから反射されて戻された光は効率よく発光管に照射されず、発光管の上部Ａ点と下部Ｂ点の温度差が大きく、発光管内のハロゲンサイクルが正常に機能せず、１０００時間点灯後、下部Ｂ点の最冷点付近が失透する問題があった。
さらには、この前面ガラス位置１で、光出力を得るために封入水銀量を多くし投入電力を上げ下部Ｂ点の温度を上げると、発光管の上部Ａ点付近が溶融し放電ランプが破損するものである。

表１、表２から理解されるように、前面ガラス位置２では、前面ガラスから反射されて戻された光は外部リード棒に照射され、外部リード棒が溶融するという問題があった。

表１、表２から理解されるように、前面ガラス位置３〜５では、前面ガラスから反射されて戻された光は封止部の金属箔が存在する領域に照射されている。
この位置に戻された光は、封止部を透過して発光管内に進行するものであり、発光管内の水銀を積極的に加熱し、この加熱された水銀により発光管を均一に加熱することができ、発光管の上部Ａ点と下部Ｂ点の温度差を８０℃以下にできる。
この結果、発光管内のハロゲンサイクルが正常に機能し、１０００時間点灯後も発光管が失透することがないものである。
さらには、この前面ガラス位置３〜５の位置に前面ガラスが配置されると、高い光出力を得るために封入水銀量を多くし投入電力を上げ下部Ｂ点の温度を上げても、発光管の上部Ａ点が溶融する温度になるまでは到達せず、放電ランプが破損することがない。

表１、表２から理解されるように、前面ガラス位置６では、前面ガラスから反射されて戻された光は効率よく発光管に照射されず、発光管の上部Ａ点と下部Ｂ点の温度差が大きく、発光管内のハロゲンサイクルが正常に機能せず、１０００時間点灯後、下部Ｂ点の最冷点付近が失透する問題があった。
さらには、この前面ガラス位置６で、光出力を得るために封入水銀量を多くし投入電力を上げ下部Ｂ点の温度を上げると、発光管の上部Ａ点付近が溶融し放電ランプが破損するものである。

つまり、図２中領域３である、前面ガラスで折り返される第２焦点が封止部に埋設された金属箔が存在する領域に位置するように、前面ガラスを配置することにより、前面ガラスで反射された光によって発光管内の水銀を確実に加熱することができ、発光管の上部と下部の温度差を小さくでき、発光管の失透を防止できるとともに、発光管の最冷点である下部の温度を上げても、発光管の上部温度は発光管が溶融する温度まで許容範囲が十分にあり、発光管が溶融して破損することがないものである。

図３は、本発明の放電ランプ装置の放電ランプの反射鏡の前面開口方向に延在する封止部の断面図である。
図３に示すように、封止部１２に埋設された金属箔１５は、封着される幅広の封着面１５ａが、紙面上上下方向である放電ランプの電極軸に対して垂直方向になるように配置されている。

この結果、前面カラスで反射された光のうち、この金属箔１５が埋設された封止部１２を上方から下方に向かって透過する光が、金属箔１５によって遮られることがなくなり、確実に、発光管に到達することができ、発光管内の水銀を加熱する光の効率が向上するものである。

本発明の放電ランプ装置の説明図である。 本願発明の放電ランプ装置において、前面ガラスで折り返される第２焦点の位置を模式的に示す説明図である。 本発明の放電ランプ装置の放電ランプの反射鏡の前面開口方向に延在する封止部の断面図である。 従来の放電ランプ装置の説明図である。

符号の説明

１ 放電ランプ
１０ 発光管
１１ 封止部
１２ 封止部
１３ 電極
１４ 電極
１５ 金属箔
１６ 外部リード棒
１７ 給電線
２ 反射鏡
２１ 反射面
２２ 頂部開口
３ 前面ガラス
４ 接着剤
５ 中間部材

Claims (1)

1. 発光管内に一対の電極が配置され当該発光管の両側に金属箔が埋設された封止部が形成された放電ランプと、この放電ランプを取り囲むように反射面が回転楕円面を有する反射鏡が配置され、当該反射鏡の頂部開口に前記放電ランプの一方の封止部が挿通されて固定され、当該反射鏡の前面開口に向けて前記放電ランプの他方の封止部が延在し、当該他方の封止部から突出した外部リード棒に給電線が接続され、前記反射鏡の開口より前方に前面ガラスが形成され、前記反射鏡内に前記放電ランプを収容した放電ランプ装置において、
   前記放電ランプは、電極軸が水平になるように配置され、
   前記前面ガラスは、前記反射鏡の光軸に対して直交する方向に配置され、前記反射鏡の第２焦点が当該前面ガラスで折り返されて、前記他方の封止部に埋設された金属箔が存在する領域に位置するように配置され、前記前面ガラスから反射されて戻された光が前記他方の封止部を透過し前記発光管内に進行する位置に配置され、
   前記封止部に埋設される金属箔は、封着される幅広の封着面が垂直方向に位置していることを特徴とする放電ランプ装置。

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