JPH06283136A - 高圧放電灯およびこれを用いた光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】紫外線を良好に遮断するとともに、発光管の温
度を高くして発光効率の向上を高くした高圧放電灯およ
びこれを用いた光源装置を提供する。 【構成】発光管２０の材料として石英ガラスを用いた高
圧放電灯１において、この発光管は、３００nm以下の波
長の透過率が１０％以下の石英ガラスを用いたことを特
徴とする。 【作用】発光管として、３００nm以下の波長を遮断する
石英ガラスを用いたので、紫外線の遮断作用が高くな
り、かつ２００〜３００nmの波長域の光エネルギーが発
光管の温度上昇に寄与し、発光管温度を高くすることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光管材料として石英
ガラスを用いた高圧放電灯およびこの放電灯を用いた光
源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧水銀放電灯やメタルハライドラン
プ、および高圧キセノンランプなどの高圧放電灯は、電
極を封装した石英ガラスよりなる発光管内に、水銀や金
属ハロゲン化物またはキセノンガス等を封入して構成さ
れており、高効率で長寿命であるなどの利点があり、各
種分野で広く使われている。

【０００３】しかしながら、通常の石英ガラスは紫外線
を透過する性質があり、このため放電空間で発生した紫
外線が発光管を透過して外部へ放射される。このような
紫外線は空気中の酸素と反応してオゾンを生成する性質
があり、このオゾンは、洗浄や殺菌などの化学的処理に
有効に利用することもあるが、人体に対しては有害であ
ると言われており、照明用光源として用いる場合は紫外
線を遮断することが望まれている。

【０００４】特に最近では、この種の高圧放電灯が高効
率、高い光出力であることから、反射鏡やレンズなどの
光学系と組み合わされて、映写機や投影機、露光装置な
どの光源装置として用いるようになっており、この場
合、光制御のために点光源であることが望まれることか
ら、この種の高圧放電灯は、ア−ク長さを短くし、かつ
石英製発光管を外管バルブを用いずに剥き出しにし（外
管レスランプ）て用いるようになっている。

【０００５】石英製発光管を剥き出しにして使用する
と、前記したように紫外線が外部へ放射され、空気中の
酸素と反応してオゾンを生成する不具合がある。これを
防止するために、紫外線の透過を規制したオゾンレス石
英を発光管材料として使用する試みがなされている。従
来のオゾンレス石英は、石英ガラス中に酸化チタンＴｉ
Ｏ₂ を混ぜることにより、この酸化チタンが紫外線を吸
収するので、紫外線の透過を減退させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記オゾンレス石英は、２００nm以下の紫外線領域をカ
ットする性質があり、通常の石英ガラスに比べて紫外線
を遮断する効果はあるが、その効果は未だ不十分であ
る。

【０００７】一方、上記した映写機や投影機、露光装置
などの光源装置として用いられる高圧放電灯の場合、演
色性に優れることからメタルハライドランプを用いるこ
とがあり、しかも点光源に近づけたいため発光管を外管
バルブを用いずに剥き出しにして用いる。このような場
合、発光管が直接大気に触れるから発光管温度が高くな
らず、金属ハロゲン化物の蒸発が不十分になり、蒸気圧
が上がらずに発光効率が低下することがある。発光管の
温度を上げるために、保温膜を発光管の外面に形成する
などの対策が検討されているが、保温膜は可視光を遮断
するから、光束が低下する欠点がある。

【０００８】特に、上記メタルハライドランプの電極間
距離を短くし（ショートアーク形）、これら電極が水平
に向かいあうようにして、いわゆる水平点灯する場合、
放電空間のアークが上向きにアーチ形になることから最
冷部が発光管の下部に形成されるようになる。金属ハロ
ゲン化物の蒸発は最冷部の温度により決まるので、この
ような場合は、発光管の下部に保温膜を形成することが
考えられるが、このようにするとこの方向に向かう可視
光が大幅に遮断され、全光量が低下するとともに、配光
が偏るなどの欠点を生じる。

【０００９】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、紫外線を良好に遮
断するとともに、保温膜などを用いることなく発光管の
温度を高くして発光効率の向上を可能にした高圧放電灯
およびこれを用いた光源装置を提供しようとするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、発光
管材料として石英ガラスを用いた高圧放電灯において、
この発光管は、３００nm以下の波長の透過率が１０％以
下の石英ガラスを用いたことを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明は、発光管が、酸化チタン
ＴｉＯ₂ または酸化セリウムＣｅＯ₂ の少なくとも一方
を３００〜６００PPM 混合した石英ガラスにより構成さ
れていることを特徴とする。請求項３の発明は、請求項
１の発明が発光管は外管により包囲されない外管レスラ
ンプであることを特徴とする。請求項４の発明は、請求
項３の発明が発光管内に金属ハロゲン化物を封入してあ
ることを特徴とする。請求項５の発明は、請求項３また
は請求項４の発明が発光管を、対向する電極が水平方向
に向きあう水平点灯されることを特徴とする。

【００１２】請求項６の発明は、上記請求項５に記載の
高圧放電灯と、この放電灯から放射された光を制御して
照射する光学系と、を具備した光源装置であることを特
徴とする。

【００１３】

【作用】請求項１の発明によれば、発光管として、３０
０nm以下の波長を遮断する石英ガラスを用いたので、紫
外線の遮断作用が高くなり、かつ２００〜３００nmの波
長域の光エネルギーが発光管の温度上昇に寄与し、発光
管温度を高くすることができる。

【００１４】請求項２の発明によれば、酸化チタンＴｉ
Ｏ₂ または酸化セリウムＣｅＯ₂ の少なくとも一方を３
００〜６００PPM 混合した石英ガラスにより発光管を形
成したから、３００nm以下の波長を良好に遮断すること
ができ、可視光への影響も少なくてすむ。なお、３００
〜６００PPM 以外の範囲とした場合は、石英ガラスによ
り可視光領域の一部が吸収されたり、紫外線が吸収され
難くなる。

【００１５】請求項３の発明によれば、外管を用いない
外管レスランプの場合は、発光管を外管バルブで包囲し
た２重管形高圧放電灯のように、発光管から紫外線が透
過して照射されても、外管バルブによりカットする作用
を期待できず、よって請求項１のランプを外管レスとし
た場合に特に有効である。

【００１６】請求項４の発明によれば、発光管内に金属
ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプを対象と
しており、メタルハライドランプの場合は発光管の温度
により蒸気圧が変動し、この蒸気圧により発光効率が大
幅に変化するから、発光管温度の高くなる請求項１のラ
ンプに有効である。

【００１７】請求項５の発明によれば、水平点灯する場
合に最冷部が下部に形成されるようになり、下部に保温
膜を形成することはできず、このため発光管温度の高く
なる請求項３または請求項４のランプに有効である。請
求項６の発明によれば、効率に優れたオゾンレスの光源
装置を提供することができる。

【００１８】

【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。

【００１９】図面はショートア−クメタルハライドラン
プをカラー液晶プロジェクタの光源として用いた場合を
示し、図１はその光源装置、図２はカラー液晶プロジェ
クタの基本的原理を示す図である。

【００２０】まず、図２により、カラー液晶プロジェク
タの基本的原理を説明する。カラー液晶ビジョンは、光
源であるランプ１およびこの光源から放射された光を反
射するリフレクタ２とからなる光源装置５０を備え、リ
フレクタ２で反射された反射光を集光する集光レンズ３
を有している。

【００２１】上記集光レンズ３から前方に照射された光
は、青色光を反射するダイクロイックミラー（波長選択
性反射鏡）４により青色光が反射され、この青色光はミ
ラー５で反射されて液晶パネル（ＬＣＤ）６を照射し、
この液晶パネル６の画像を青色に着色して他のダイクロ
イックミラー７、８および投影レンズ９を介してスクリ
ーン１０に投影させる。

【００２２】また、上記集光レンズ３から投光された光
のうち、赤色および緑色の光は前記青色光を反射するダ
イクロイックミラー４を透過し、そのうちの赤色光は他
のダイクロイックミラー１１で反射され、液晶パネル１
２を照射し、この液晶パネル１２の画像を赤色に着色
し、この赤色画像を上記ダイクロイックミラー７で反射
して他のダイクロイックミラー８を透過し投影レンズ９
を介してスクリーン１０に投影する。

【００２３】さらに、上記赤色光を反射するダイクロイ
ックミラー１１を透過した緑色光は、液晶パネル１３を
照射し、この液晶パネル１３の画像を緑色に着色し、こ
の緑色画像をミラー１４および上記ダイクロイックミラ
ー８で反射して投影レンズ９を介してスクリーン１０に
投影する。

【００２４】したがって、３個の液晶パネル６、１２お
よび１３の画像をコントロールすることによりスクリー
ン１０の前面には３色の画像が重ねて投影され、カラー
の画像が映し出されるようになる。

【００２５】このようなカラー液晶プロジェクタの光源
としては、点光源に近く、しかも低電力の割りに大光量
が得られ、かつ赤、青、緑の成分を効率よく放射するラ
ンプとして、ショートアークメタルハライドランプが使
用される。この種のショートアークメタルハライドラン
プ１と、リフレクタ２と組み合わせた光源装置５０の構
造を図１に示す。

【００２６】図において２０は、ショートアークメタル
ハライドランプ１の発光管であり、この発光管２０は石
英ガラスからなる。この発光管２０を構成する石英ガラ
スは、３００nm以下の紫外線領域の波長を遮断するオゾ
ンレス石英により形成されている。この石英ガラスは、
通常の石英ガラスに、酸化チタンＴｉＯ₂ 、酸化セリウ
ムＣｅＯ₂ 、酸化タンタルＴａ₂ Ｏ₅ 、酸化ネオジムＮ
ｄ₂ Ｏ₃ 、酸化錫ＳｎＯ、酸化ジルコニウムＺｒＯ₂ 、
酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化鉄Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、酸化バナジウムＶ
₂ Ｏ₅ の中から選ばれた少なくとも１種を混合して構成
されており、酸化チタンＴｉＯ₂ および酸化セリウムＣ
ｅＯ₂ を混合する場合は、３００〜６００PPM 混合すれ
ば、３００nm以下の波長を１０％以下に遮断することが
できる。

【００２７】このようなオゾンレス石英により形成され
た発光管２０の両端にはそれぞれ電極２１、２１を封装
してあり、これら一対の電極２１、２１は封止部２２、
２２に封着された金属箔導体２３、２３に接続されてい
る。一方の金属箔導体２３は図示しない外部リ−ド線を
介して端部に被着された口金２４に電気的に接続されて
おり、他方の金属箔導体２３は外部リ−ド線２５に接続
されている。上記発光管２０には、緩衝金属としての水
銀が封入されているとともに、発光金属として金属ハロ
ゲン化物が封入されており、かつアルゴン等の希ガスが
封入されている。金属ハロゲン化物としては、ジスプロ
シウムＤｙ、ネオジウムＮｄ、インジウムＩｎ、タリウ
ムＴｌ、ホルミウムＨｏ、ツリウムＴｍ、スカンジウム
Ｓｃ、セシウムＣｓ等の希土類金属のハロゲン化物が用
いられており、これら希土類のハロゲン化物は可視光領
域全体に亘り発光し、このため演色性がよく、光の３原
色を効率よく放射するのに適している。

【００２８】このようなランプ１は、外管なしで剥きだ
しのまま使用されるようになっており（外管レス）、発
光管２０が直接リフレクタ２に取り付けられている。リ
フレクタ２はガラスまたは金属からなり、回転曲面の内
面に反射特性に優れたＴｉＯ₂ −ＳｉＯ₂ などの蒸着膜
からなる反射面３１を有している。このリフレクタ２の
背部には支持筒部３２を設けてあり、この支持筒部３２
には上記ランプ１の口金２４部分が、絶縁セメント等の
接着剤３３により固着されている。これにより、ランプ
１のランプ軸Ｏ₁ −Ｏ₁ が、リフレクタ２の中心軸、つ
まり光軸Ｏ₂ −Ｏ₂ と略一致するようにしてこのランプ
１がリフレクタ２に取着されている。なお、リフレクタ
２には導入孔３４が形成され、この導入孔３４に前記ラ
ンプ１の外部リ−ド線２５が貫通して背面側に導かれて
いる。

【００２９】このような光源装置５０のランプ１はアー
ク長さ、つまり電極間距離Ｌが１２mm以下、好ましくは
４〜７mmとされ、点灯中に１５０Ｗ〜２５０Ｗの電力を
商用周波数で投入することにより、管壁負荷が２０〜１
００Ｗ／cm² 程度の大きな負荷条件で使用される。

【００３０】このような構成によれば、ランプ１を点灯
すると発光管２０に封入した金属ハロゲン化物から可視
光および紫外線が放出される。しかしながら、発光管２
０は３００nm以下の波長を１０％以下に遮断する石英ガ
ラスにより形成してあるから、紫外線領域の光の放出を
阻止する。よって、発光管２０が外管なしで剥きだしで
点灯されるにも拘らず、紫外線が空気中の酸素と反応し
てオゾンを生成するのが防止される。

【００３１】つまり、図３は各種石英ガラスの波長とそ
の透過率との関係を測定した特性図である。従来の一般
的な石英ガラスの場合（Ｔｉの含有率１PPM 程度）は、
特性Ａで示す通り、紫外線の透過率がよく、よってオゾ
ンの発生が心配される。

【００３２】これに対し、従来のオゾンレス石英の場合
（Ｔｉの含有率１００〜３００PPM程度）は、特性Ｂで
示す通り、２００nm以下の紫外線を遮断し、よってオゾ
ンの発生を防止することができると認められる。しか
し、この場合２００nm以上の紫外線を透過するのでオゾ
ンレス機能が低い。

【００３３】しかし、本発明のオゾンレス石英の場合
（Ｔｉの含有率５００および６００PPM 程度）は、特性
ＣおよびＤで示す通り、２００nmを越えて３００nm以下
の紫外線を遮断し、よって従来のオゾンレス石英に比べ
て、オゾンの発生をより効果的に防止することができ
る。しかも、本発明の石英ガラスを用いた発光管２０
は、２００nm以上、３００nm以下の紫外線領域の光を遮
断するから、この光エネルギーが発光管２０の管壁に吸
収され、これが熱に変わる。この結果、点灯中の発光管
２０の温度を高めることができる。

【００３４】よって、外管を用いないことから保温作用
を期待できない外管レス放電灯において、２００〜３０
０nmの紫外線を吸収して発光管２０の温度を高めること
ができ、金属ハロゲン化物の蒸発を促し、蒸気圧を高く
して発光効率を高くすることができる。

【００３５】特に、メタルハライドランプの場合は、金
属ハロゲン化物の蒸発が発光管温度に敏感に応答するか
ら、上記発光管２０がメタルハライドランプの場合、つ
まり金属ハロゲン化物を封入した放電灯には有効にな
る。

【００３６】さらに、このような発光管２０を水平点灯
する場合は、放電空間内の対流のため、アークが上に弯
曲する傾向がみられ、このため発光管２０の中央部の下
部に最冷部が形成される。上記したメタルハライドラン
プの場合は、金属ハロゲン化物の蒸発が最冷部の温度に
敏感であるから、発光を促すには保温膜を形成すること
が望ましいが、発光管２０の中央部の下部に保温膜を形
成すると、可視光を遮断し、光量が減じられるととも
に、反射鏡２に取り付けて用いる場合は配光が偏るなど
の不具合が生じる。これに対し、本発明のオゾンレス石
英を用いた発光管は、上記したように管壁温度が高くな
るから保温膜を形成することなく金属ハロゲン化物の蒸
発を促し、蒸気圧を高くして発光効率を高くすることが
できる。よって、光量を減じたり、配光が偏るなどの不
具合を防止することができる。

【００３７】そして、このようなショートアーク放電灯
１は、外管を用いないことから、小形でコンパクトにな
り、点光源に近くなるから、図２のように反射鏡２に取
り付けて光源装置を構成するのに都合がよく、しかも長
寿命になる。

【００３８】なお、本発明は、上記実施例のショートア
ークメタルハライドランプに限らず、ショートアーク高
圧水銀放電灯などのような小形高圧放電灯に適用可能で
あり、また交流点灯、直流点灯の区別もない。さらに、
本発明は、発光管が両端封止形に限らず、片端封止形の
構造であってもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、従来のオゾンレス石英を用いた発光管に比べて紫
外線の遮断作用が高くなり、かつ２００〜３００nmの波
長域の光エネルギーが発光管の温度上昇に寄与するので
発光管温度を高くすることができる。

【００４０】また、請求項２の発明によれば、チタンＴ
ｉまたはセリウムＣｅを３００〜４５０PPM 混合した石
英ガラスによって発光管を形成したから、３００nm以下
の波長を良好に遮断することができ、可視光への影響も
少なくてすむ。なお、３００〜６００PPM 以外の範囲と
した場合は、石英ガラスにより可視光領域の一部が吸収
されたり、紫外線が吸収され難くなる。請求項３の発明
によれば、外管を用いない外管レスランプに用いても、
紫外線を照射しなくなるから、オゾンの発生を良好に防
止することができる。請求項４の発明によれば、メタル
ハライドランプに適用したので、発光管温度を高くする
ことができ、発光効率が向上する。

【００４１】請求項５の発明によれば、水平点灯する場
合に発光管の下部に保温膜を形成する必要がなく、この
ため光量を減じることなく、かつ配光を偏らせるなどの
不具合はない。請求項６の発明によれば、効率に優れた
光源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すショートアークメタル
ハライドランプと反射体とからなる光源装置の断面図。

【図２】上記光源装置を用いたカラー液晶プロジェクタ
の基本的原理を示す図。

【図３】各種石英ガラスの波長とその透過率の関係を示
す特性図。

【符号の説明】

１…ランプ ２…反射鏡 ３
…レンズ ２０…発光管 ２１…電極 ２
２…封止部 ２３…金属箔導体 ５０…光源装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光管材料として石英ガラスを用いた高
   圧放電灯において、この発光管は、３００nm以下の波長
   の透過率が１０％以下の石英ガラスを用いたことを特徴
   とする高圧放電灯。
2. 【請求項２】 上記発光管は、酸化チタンまたは酸化セ
   リウムを３００〜６００PPM 混合した石英ガラスにより
   構成してあることを特徴とする請求項１に記載の高圧放
   電灯。
3. 【請求項３】 上記発光管は外管により包囲されない外
   管レスランプであることを特徴とする請求項１に記載の
   高圧放電灯。
4. 【請求項４】 上記発光管内に金属ハロゲン化物を封入
   してあることを特徴とする請求項３に記載の高圧放電
   灯。
5. 【請求項５】上記発光管は、対向する電極が水平方向に
   向きあう水平点灯されることを特徴とする請求項３また
   は請求項４に記載の高圧放電灯。
6. 【請求項６】 上記請求項５に記載の高圧放電灯と、 この放電灯から放射された光を制御して照射する光学系
   と、を具備したことを特徴とする光源装置。