JP5431449B2

JP5431449B2 - 高圧放電ランプを製造する方法、高圧放電ランプによって光を供給する方法、およびディジタルビデオプロジェクタ

Info

Publication number: JP5431449B2
Application number: JP2011502235A
Authority: JP
Inventors: バーケスヴェン−ウーヴェ; レフラーゲアハルト; ローゼンタールディルク; ザイツヴォルフガング
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2028-04-01
Also published as: CA2719973A1; ATE532205T1; WO2009121400A1; US20110018461A1; TW200948202A; CN101990696A; JP2011517018A; CN101990696B; EP2257966A1; EP2257966B1

Description

本発明は高圧放電ランプの製造方法に関する。主な関心はこのようにして製造された高圧放電ランプによって光を供給する方法にある。なお、この方法の主な使用分野はディジタルビデオプロジェクタである。

従来のプロジェクタでは、光は大きな平面に、例えば透明陽画に送られる。この大きな平面の各部分平面は投影される画像の一部に対応する。

ディジタルプロジェクタでは、個々の画像は画素によって構成される。この場合、各画素に光が供給される。通常は、高圧放電ランプ、とりわけキセノン高圧放電ランプが、ふつう部分楕円の形状を有する反射器内に配置される。ランプは、最大輝度の点がほぼ部分楕円の第１の焦点に来るように配置される。なお、この部分楕円はランプから放出された光をその第２の焦点に集束させる。光はこの第２の焦点において出射する。ふつう、第２の焦点の領域には、光線を均一にするいわゆるインテグレータが設けられる。インテグレータは一般に長方形の断面を有する石英のロッドであり、この石英ロッド内で何度も光の全反射が行われ、光は均一化されて石英ロッドから出射する。石英ロッドの下には、例えば複数の小さなミラーの配列（アレイ）が設けられている。ここで、複数のミラーは個々に傾斜させることができる。ミラーアレイは、スクリーン上の個々の画素が制御目標に従って照明されたり、照明されなかったりするように駆動制御される。したがって、ディジタルビデオプロジェクタでは、インテグレータの入口に非常に高い輝度の光が達することが保証されなければならない。従来のキセノン高圧放電ランプは、標準的な映画向けのディジタルプロジェクタを実現するには最大輝度が不十分である。映画スクリーン上の有効光束は低すぎる。従来は、特に出力の高いキセノン高圧放電ランプを用いることでしのいでいた。しかし、ランプ出力を上げることは、ランプのコストの上昇と寿命の短縮の他に、ビデオプロジェクタに熱に関する重大な問題をもたらす。したがって、ランプを冷却するための非常に高いコストとさらなるプロジェクタ部品とが必要になる。しかし、それには余分な出費が伴う。発生するアークから放出された光をインテグレータに効率的に集束させるために、高圧放電ランプの２つの電極（カソードおよびアノード）の間の距離を非常に小さくすることも既に試みられている。しかし、その場合、放電ガス（今の例ではキセノン）の典型的な室温充填圧力では、バーニング電圧も同時に低下してしまい、したがってまた出力も低下するので、光度も同時に失われてしまう。これをまた補償しようとするならば、電流を上げなければならないが、カソードの逆弧がより強くなってしまう。

発明の概要
本発明の課題は、ディジタルビデオプロジェクタを映画フィルム投写用に使用する方法を示すこと、とりわけ、高圧放電ランプの空間的な最大輝度をどのようにして上げることができるかを示すことである。

この課題は、請求項１に記載のステップを有する高圧放電ランプの製造方法、請求項７に記載の高圧放電ランプによって光を供給する方法、請求項９に記載のディジタルビデオプロジェクタによって解決される。

本発明による高圧放電ランプの製造方法は以下のステップを有する。
高圧放電ランプの目標出力を定める
高圧放電ランプを目標出力で動作させるための電流の強さの上限Ｉ_max（単位：アンペア）を定める
高圧放電ランプを組み立てる、ただしその際、放電容器内にカソードとアノードを入れ、カソードの先端は曲率半径Ｒ_K（単位：ｍｍ）を有し、動作中のカソードからアノードまでの距離（いわゆるホット電極間距離）はｅ₀（単位：ｍｍ）であり、ガス（とりわけキセノン）を室温充填圧力Ｐ（単位：ｂａｒ）で放電容器内に入れる（ここで閉じる）。ここで、Ｒ_K、ｅ₀およびＰの値は、

となるように選ばれている。

本発明は式で用いられている値の間の数学的関係の知識に基づいている。ここで、ｃは、高圧放電ランプにＩ_maxが印加された場合、高圧放電ランプの輝度の上昇につれて上昇する。高圧放電ランプの輝度が高ければ高いほど、ｃは大きくなるので、ｃは好ましくは２７５よりも大きい、特に好ましくは３００よりも大きい、さらに特に好ましくは３２０よりも大きい。

先行技術のアプローチでは実質的に既に組み立てられた高圧放電ランプが前提とされており、電流の強さはそれに合わせて選ばれているのに対し、本願発明によれば、まず初めに最大の電流の強さが選ばれるが、他の値Ｒ_K、ｅ₀およびＰを適切に選ぶことによって十分な輝度が保証される。Ｉ_maxはとりわけ、高圧放電ランプおよびこの高圧放電ランプを備えたディジタルビデオプロジェクタが過度に熱くならないように、すなわち、熱的な問題がもはや発生しないように選ばれる。同時に、高圧放電ランプがあまり摩耗せずに動作するようにしてもよい。最大電流は特に具体的には以下の値を有するようにしてよい。１５００〜２５００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１０５Ａ、２５００〜３５００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１１５Ａ、３５００〜３８００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１３０Ａ、３８００〜５０００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１６０Ａ、５０００〜８０００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１８０Ａ。

この最大の電流の強さに合わせて、Ｒ_K、ｅ₀およびＰの値は、上記値ｃが２５０よりも大きく、好ましくは２７５、３００または３２０よりも大きくなるように選ばれる。例えばＲ_K＜０．５２が選ばれる。一般的には、目標出力が７０００Ｗの場合であれば、Ｒ_K＝０．５ｍｍとしてよい。目標出力が５０００Ｗよりも低ければ、Ｒ_K＜０．４２ｍｍ、例えばＲ_K＝０．４ｍｍとしてよい。

Ｐは１０ｂａｒよりも高く選定される。それどころか、目標出力が５０００Ｗよりも低ければ、Ｐは１３．８ｂａｒよりも高く、例えばＰ＝１４ｂａｒとしてよい。

カソード距離ｅ₀は目標出力に依存して選ばれる。１５００〜２０００Ｗの目標出力に対してはｅ₀＜２．８ｍｍ、２５００〜３５００Ｗの目標出力に対してはｅ₀＜３．８ｍｍ、３５００〜３８００Ｗの目標出力に対してはｅ₀＜４．２ｍｍ、３８００〜５０００Ｗの目標出力に対してはｅ₀＜５．２ｍｍ、５０００〜８０００Ｗの目標出力に対してはｅ₀＜７ｍｍ。これらの値はホット電極間距離（動作中の電極の間の距離）についても成り立つことに留意されたい。コールド電極間距離は１ｍｍだけ大きい（推定）。このことはランプ組立時に考慮される。

本発明による、高圧放電ランプによって光を供給する方法では、上で説明したようにまず高圧放電ランプを製造する方法が実行される。次に、Ｉ＜Ｉ_maxの電流Ｉ（単位：アンペア）を高圧放電ランプに印加する。最大輝度を特に高くするために、次式が成り立つ。

（ここで、特に好ましくはｃ(Ｉ)＞２７５、さらに好ましくはｃ(Ｉ)＞３００、さらに特に好ましくはｃ(Ｉ)＞３２０。ただし、Ｉ＜Ｉ_maxが保証されていること。）
ふつうは、電流の強さＩをＩ_maxよりも十分に小さく選ぶ。例えば、上記の上限Ｉ_maxに対し、１５００〜２５００Ｗの目標出力に対しては８５Ａ＜Ｉ＜９７Ａ、２５００〜３５００Ｗの目標出力に対しては９３Ａ＜Ｉ＜１０７Ａ、３５００〜３８００Ｗの目標出力に対しては１０３Ａ＜Ｉ＜１１７Ａ、３８００〜５０００Ｗの目標出力に対しては１１３Ａ＜Ｉ＜１４０Ａ、５０００〜８０００Ｗの目標出力に対しては１３０Ａ＜Ｉ＜１６５Ａが選ばれる。

本発明によるディジタルビデオプロジェクタは、本発明による方法に従って製造された高圧放電ランプを有している。すなわち、この高圧放電ランプでは、高圧放電ランプの動作時の輝度が目標出力のもと最大の電流の強さよりも低い電流で十分に高くなるように、目標出力と最大の電流の強さとに合わせて、カソードの曲率半径、電極間距離およびガスの室温充填圧力といったパラメータが選ばれている。本発明によるディジタルビデオプロジェクタは高圧放電ランプに印加する電流を制御するための制御ユニットを有している。この制御ユニットは、動作中の高圧放電ランプにＩ＜Ｉ_maxの電流Ｉがつねに供給されるようにする制御信号を出力する。これにより、ディジタルビデオプロジェクタの安全な動作が保証される。とりわけ、過度の温度上昇が発生しない。

高圧放電ランプの構造と、概略的にディジタルビデオプロジェクタのいくつかの構成部材とを示す。

発明の有利な実施形態
高圧放電ランプ１０は、圧力Ｐで室温（２１°）の放電ガス、ここではキセノン、を密封した放電容器１２を有している。放電容器１２の中には、カソード１４とアノード１６がある。カソード１４は曲率半径Ｒ_Kの先端１８を有している。カソードの先端１８からアノード１６までの距離はｅ₀である。

高圧放電ランプ１０は所定の目標出力に合わせて設計されており、この目標出力に対して最大の電流の強さＩ_maxが定められている。目標出力と最大の電流の強さは、過度の温度上昇に到ることなく高圧放電ランプの動作が保証されるように選ばれている。Ｐ、ｅ₀およびＲ_Kの値はＩ_maxに合わせて

となるように選ばれている。値ｃはランプの最大輝度を表す尺度である。ディジタルでないビデオプロジェクタでは、同様の尺度を用いる場合、２５０よりも小さな値が得られる。したがって、本発明による高圧放電ランプ１０の製造によれば、ディジタルでないビデオプロジェクタでは提供できない最大輝度を提供することができる。

高圧放電ランプ１０は概略的に図示されたディジタルビデオプロジェクタ２０で使用される。図には、高圧放電ランプ１０内に配置されている反射器が示されていない。また、高圧放電ランプ１０から放射された光はミラーアレイに供給される前にインテグレータに集束されるが、このインテグレータも図には示されていない。

高圧放電ランプ１０はディジタルビデオプロジェクタ２０内で電流源２２から給電される。この電流源は電流の強さＩがＩ＜Ｉ_maxである電流のみを高圧放電ランプ１０に供給するようにしなければならない。この目的のために、電流源１２は電流の強さＩの値を定める制御ユニット２４によって制御される。制御ユニット２４は電流の強さがＩ_maxを超えないことを保証する。なお、制御ユニット２４はマイクロコントローラとして形成されていてよい。特に高い空間的な最大輝度を保証するために、制御ユニット２４は

となるように電流の強さＩを定める。パラメータｅ₀、Ｒ_KおよびＰをＩ_maxに合わせて適切に選択することにより、高圧放電ランプ１０の目標出力を過度に高く設定しなくても、特に高い輝度が保証される。それゆえ、上記の式を考慮することにより、所定の目標出力に対して特に高い最大輝度を提供することが可能である。逆に、所定の最大輝度が所望ならば、高圧放電ランプ１０をそうでない場合よりも低い目標出力で使用することもできる。

以下の表は、高圧放電ランプ１０の目標出力に対して、どのように値を選ぶことができるか、電流Ｉ＜Ｉ_maxを印加したときに得られるｃ(Ｉ)および輝度を示したものである。

Claims

高圧放電ランプ（１０）を製造する方法において、
前記高圧放電ランプ（１０）の目標出力を定めるステップ、
前記高圧放電ランプ（１０）を目標出力で動作させるための電流の強さの上限Ｉ_max（単位：Ａ）を定めるステップ、および
放電容器（１２）内にカソード（１４）とアノード（１６）を収納し、室温充填圧力Ｐ（単位：ｂａｒ）でガスを前記放電容器（１２）内に入れ、高圧放電ランプを組み立てるステップを有しており、
ただし、前記カソード（１４）の先端（１８）が曲率半径Ｒ_K（単位：ｍｍ）を有しており、動作中の前記カソード（１４）から前記アノード（１６）までの距離がｅ₀（単位：ｍｍ）であり、

であることが保証されている、ことを特徴とする高圧放電ランプ（１０）を製造する方法。
前記高圧放電ランプ（１０）は、ｃ＞２７５となるように組み立てられる、請求項１記載の方法。
前記高圧放電ランプ（１０）は、ｃ＞３００となるように組み立てられる、請求項１記載の方法。
前記高圧放電ランプ（１０）は、ｃ＞３２０となるように組み立てられる、請求項１記載の方法。
１５００〜２５００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１０５Ａ；
２５００〜３５００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１１５Ａ；
３５００〜３８００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１３０Ａ；
３８００〜５０００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１６０Ａ；
５０００〜８０００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１８０Ａである、
請求項１記載の方法。
Ｒ_K＜０．５２ｍｍである、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
５０００Ｗよりも低い目標出力に対しては、Ｒ_K＜０．４２ｍｍである、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
Ｐ＞１０ｂａｒである、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
５０００Ｗよりも低い目標出力に対しては、Ｐ＞１３．８ｂａｒである、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
１５００〜２５００Ｗの目標出力に対してはｅ₀＜２．８ｍｍ、
２５００〜３５００Ｗの目標出力に対してはｅ₀＜３．８ｍｍ、
３５００〜３８００Ｗの目標出力に対してはｅ₀＜４．２ｍｍ、
３８００〜５０００Ｗの目標出力に対してはｅ₀＜５．２ｍｍ、
５０００〜８０００Ｗの目標出力に対してはｅ₀＜７．０ｍｍである、
請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
高圧放電ランプ（１０）によって光を供給する方法において、
請求項１から１０のいずれか１項記載の方法を実行するステップと、
電流の強さＩを有する電流を前記高圧放電ランプ（１０）に印加するステップを有し、ここでＩ＜Ｉ_max、

である、ことを特徴とする高圧放電ランプ（１０）によって光を供給する方法。
１５００〜２５００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１０５Ａ，８５Ａ＜Ｉ＜９７Ａ；
２５００〜３５００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１１５Ａ，９３Ａ＜Ｉ＜１０７Ａ；
３５００〜３８００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１３０Ａ，１０３Ａ＜Ｉ＜１１７Ａ；
３８００〜５０００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１６０Ａ，１１３Ａ＜Ｉ＜１４０Ａ；
５０００〜８０００Ｗの目標出力に対してはＩ_max＜１８０Ａ，１３０Ａ＜Ｉ＜１６５Ａである、
請求項１１記載の方法。
請求項１から１０のいずれか１項記載の方法によって製造された高圧放電ランプ（１０）と、前記高圧放電ランプ（１０）に印加する電流を制御するための制御ユニット（２４）とを有するディジタルビデオプロジェクタ（２０）において、前記制御ユニット（２４）は、動作中の前記高圧放電ランプ（１０）にＩ＜Ｉ_maxの電流の強さＩを有する電流がつねに供給されるようにする制御信号を出力する、ことを特徴とするディジタルビデオプロジェクタ（２０）。