WO2005022584A1

WO2005022584A1 - 発光ランプ、並びにその発光ランプを備えた照明装置及びプロジェクタ

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Publication number: WO2005022584A1
Application number: PCT/JP2004/012430
Authority: WO
Inventors: Takeshi Takezawa; Toshiaki Hashizume
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2005-03-10
Also published as: US20050082986A1; CN1830060A; JP2005070589A

Description

明糸田書発光ランプ、並びにその発光ランプを備えた照明装置及びプロジェクタ技術分野

本発明は、発光ランプ、発光ランプを備えた照明装置、並びに発光ランプを備えたプロジェクタに関する。背景技術

発光ランプ、とりわけプロジェクタなど使用され高輝度が要求される発光ランプの場合、その温度管理が重要となっている。さらに、光の効率的な利用のために、例えば実開平 5— 8 7 8 0 6号公報（第 7ページ、図 1 ) に記載されているように、発光ランプのバルブ部（又は発光部）に反射膜を成膜すること、あるいは、例えば特開平 8— 3 1 3 8 2号公報（第 2ページ、図 1 ) に記載されているように、発光ランプに第二反射鏡（又は副鏡）を備えることなどが行われており、それらの場合には、バルブ部での発熱が反射膜などが無い場合より増大するため、その温度管理が一層重要になってくる。発明の開示

' 発光ランプのバルブ部に生じた発熱は、そのバルブ部から空気中へ及び該バルプ両側の封止部へ放熱されるため、発光ランプの温度管理には、バルブ部及び封止部の大きさが重要な要因となっている。本発明は、これに鑑みてなされたもので、発光ランプの発光に伴う温度を目標温度に管理できるようにサイズに決定された発光ランプ、その発光ランプを備えた照明装置やプロジェクタを提供することも目的とする。

本明の発光ランプは、一対の電極が内蔵されたバルブ部と、そのバルブ部の両側に該バルブ部と一体に配置され前記電極につながる導体が配設された封止部とを備える発光ランプであって、前記バルブ部の内径、前記バルブ部の外径、前' 記封止部の径、及び前記封止部の長さの 4つのサイズの値のうちの 3つの値と、消費電力に依存する前記バルブ部の対流■伝導による熱損失量値とが予め決定され、それらの決定された値を基に、前記バルブ部の内面温度の平均値が予め定めた目標値となるように、前記バルブ部の各サイズのうちの残りの 1つのサイズの値が決定されていることを特徴とする。これにより、発光ランプの内部温度の過度の上昇や過度の低下を防止して、安定した光照射が可能となる。

また、本発明の発光ランプは、前記バルブ部の対流 '伝導による熱損失量、前記パルプ部の内径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さが予め決定され、前記熱損失量、前記バルブ部の内径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さを基に、前記バルブ部の内面温度の平均値が目標範囲内に収まるように、前記バルブ部の^が決定されていることが好ましい。これにより、パルプ部の対流 '伝導による熱損失量に応じたバルブ部の外径決定が可能となる。

また、本発明の発光ランプは、 TTを前記バルブ部の表面温度とし、 Hを前記バルブ部の対流■伝導による熱損失量とし、 THを前記バルブ部の肉厚とし、 pを前記バルブ及び前記封止部を構成する材料の熱伝導率とし、 MSを前記バルブ部の厚さ方向中央位置におけるパルプ面積とし前記内面温度の平均値を ITTとしたとき

ITT=TT+ (Η · TH) / ( p · MS)

であることが好ましい。

また、本発明の発光ランプは、 Tを前記バルブ部の前記封止部からの放熱がないとした場合の前記バルブ部の表面温度とし、 R3を前記バルブ部から自然対流への熱抵抗 R1と前記バルブ部から前記封止部への伝導による熱抵抗 R2との合成抵抗とし、 1を前記封止部の長さとし、 dを前記封止部の直径としとき、

TT=H■ R3、

R3= (R1 · R2) / (2R1+R2)、

R1=T/H、

R2 = l/ ( p ■ π ■ (d/2) <SUP>2</SUP» 、

であることが好ましい。また、本発明の発光ランプは、前記内面温度の平均値を 9 0 0 °C以上 1 0 0 0 °C以下とされていることが好ましい。こうすることで、発光ランプを構成するガラス面の白濁ィヒゃ黒色化を防止できる。

さらに、本発明の発光ランプは、前記バルブ部の電極間中心から前記バルブ部と前記封止部との境界の一端までを結ぶ仮想線と、前記電極間を結ぶ基準線とのなす角度を 4 0度以内とされていることが好ましい。これによれば、電極に生じた発光光がバルブ部から射出される際に、封止部で遮光される割合を 2 0 %以下にすることができる。

また、本宪明の発光ランプは、前記バルブ部から射出された光を再度該バルブ部へ戻す反射手段を備えていることが好ましい。この発光ランプの場合、光の有効利用を図りつつ、バルブ部の内部温度も目標温度に管理できる。

本発明の照明装置は、回面反射鏡の底部にランプが固定されてなる照明装置において、該ランプとして、上記のいずれかに記載の発光ランプを備えたことを特徴とする。これによれば、ランプの発光時、バルブ部の内面温度の平均値が自動的に目標温度に管理されて、安定した照度の光を発光するランプを備えた照明装置とすることができる。

本楽明のプロジェクタは、照明装置からの照明光を光変調装置に入射し画像を生成してその画像を投写するプロジェクタにおいて、該照明装置の光源として、請求項 8記載の照明装置を備えたことを特徴とする。これによれば、上述の照明装置の効果と同様の効果を奏するプロジヱクタとすることができる。図面の簡単な説明

【図 1】本発明の実施形態 1に係る水銀ランプの外観図。

【図 2】図 1の水銀ランプの寸法記号を示す外観図。

【図 3】図 1の水銀ランプの熱抵抗を示す模式図。

【図 4】図 1の水銀ランプのバルブ部と封止部との境界を説明する外観図。【図 5】ある基準長さの均等な明るさの光源による配光特性に関する説明図。【図 6】第二反射鏡無しの発光ランプのバルブ部外径の解析例を示すグラフ。【図 7】第二反射鏡有りの発光ランプのバルブ部外径の解析例を示すグラフ。【図 8】本発明の実施形態 2に係る照明装置を示す第 1の構成図。

【図 9】本発明の実施形態 2に係る照明装置を示す第 2の構成図。

【図 1 0】本発明の実施形態 3に係るプロジェクタの光学系を示す構成図。【図 1 1】バルブ部の外形が球状で内形が回転楕円面を有する水銀ランプの外観図。

【図 1 2】バルブ部の外形及び内形が回転楕円面を有する水銀ランプの外観図

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

実施形態 1

以下においては、本発明の発光ランプを、水銀ランプを例に上げて説明する。図 1は本発明の実施形態 1を説明するための水銀ランプの外観図である。図 1による水銀ランプは、一対の放電用電極 1 a， 1 bが内蔵された略球状（ほぼ球体の形状を含む）のバルブ部 2を有する。そして、そのバルブ部 2の両側にバルブ部 2と一体になつていて、そのバルブ部 2から連続して左右側に延設された等しい径及ぴ長さの封止部 3 a , 3 bを備える。

バルブ部 2と封止部 3 a， 3 bとは石英ガラスなどの透明材料により一体的に成形されている。封止部 3 a , 3 bの内部には、電極 1 a , l bにつながる導体 4 a , 4 bが配設されており、封止部 3 a， 3 bの端部からそれら導体が外部に伸ぴている。なお、図 1ではバルブ部 2の内部に封入されている水銀や希ガスなどは記載を省略している。

図 1のような水銀ランプにおいて、そのエネルギー分布は表 1のようになることが実測により分かっている。このうち、本発明では、対流と伝導による熱損失を考盧する。それは、これらの熱損失がバルブ部 2の発熱に主として寄与しているからである。表 1によれば、対流と伝導による熱損失エネルギーは全体の 6 .

6 %である。これを、所定の消費ランプ電力（定格電力ともいう、以下ランプ電力という）に応じてそれぞれ表した熱損失が表 2に示されている。表 2によれば、ランプ電力 1 0 O Wのとき対流と伝導による熱損失は 6 . 6 W、ランプ電力 1 3 0 Wのとき対流と伝導による熱損失は 8 . 6 W、ランプ電力 1 5 O Wのとき対流と伝導による熱損失は 9 . 9 Wなどとなっている。

【表 1】

【表 2】

発光ランプにおいては、バルプ部 2の各サイズ（バルブ部の内径 ID、バルブ部の外径ひ!)、封止部の径(1、及ぴ封止部の長さ 1 ) と、上記対流と伝導による熱損失量が分かると、発光時におけるバルブ部 2の表面温度及び内面温度理論値を算出することができる。したがって、バルブ部の內径 ID、バルブ部の外径 0D、封止部の径、及び封止部の長さ 1の 4つのサイズの値のうちの 3つの値と、ランプ電力に依存するバルブ部 2の対流 '伝導による熱損失（又は熱損失量） Hとを予め決定し、それらの決定された値を基に、バルブ部 2の内面温度理論値が予め定めた目標値となるように、バルブ部 2の各サイズのうちの未定としていたサイズの値を決定することができる。例えば、上記バルブ部 2の内径]!)、封止部 3 a、 3 bの径 d、封止部 3 a、 3 bの長さ 1、及びバルブ部 2の内面温度理論値の目標値を予め設定しておけば、それらの値を基に、バルブ部 2の外径 0Dを決定することができる。

以下において、パルプ部 2の外径 0Dを最終的に求める手順の一例を、図 2、図 3を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で用いる符号は、それぞれ次のとおりである。

OS：バルブ部の外側表面積

C：球体の自然対流による熱伝達の形状係数 = 0 . 6 3

0D：バルブ部の外径

d：封止部径（直径）

s：封止部断面積

1：封止部長さ

ID：バルブ部の内径

TH：バルブ部の肉厚

MS：バルブ部の厚さ方向中央位置におけるバルブ面積

R1：バルブ部からの自然対流抵抗

R2：封止部への伝導抵抗

図 2のバルブ部 2の外側表面積 OS (封止部 3 a， 3 bとの接触部を除いた面積 ) は、

0S= 4 π (0D/ 2 ) ^¾- 2 s

= 4 π (0D/ 2 ) ²— 2 π ( d / 2 ) ^a ··· ( 1 )

式（1 ) で定まる外側表面積を有するバルブ部が、熱損失 Hによって発熱したときのバルブ部 2の表面温度 Tは、封止部 3 a , 3 bでの放熱が無いものとした σ、 T= (HZ (OSX 2. 5 1 XC) ) °·⁸Χ (0D/2)⁰'² ··· (2)

となる。ただし、「C」は球体の自然対流熱伝導係数であって、 C=0. 6 3である。

したがって、バルブ部 2での自然対流への熱抵抗 R1は、

R1=T/H … (3)

となる。

一方、バルブ部 2から封止部 3 a , 3 bへ伝導によって放熱される際の熱抵抗 R2は、

R2= 1 / ( p · s )

= 1 / ( · π (d/2) ²) … (4)

なお、パルプ部 2における上記熱抵抗 Rl， R2は、図 3のように模式化できる。バルブ部 2での自然対流への熱抵抗 R1と、バノレブ部 2から封止部 3 a， 3 bへ伝導によつて放熱される際の熱抵抗 R2と力ゝら、それらの合成抵抗 R3は、

1 /R3= ( 1 /R1) + ( 1 /R2) + ( 1 /R2)

したがって、

R3= (R1 · R2) / (2R1 + R2) … ( 5)

となる。

バノレブ部 2に合成抵抗 R3が作用した場合のバノレブ部 2の表面温度 TTは、 TT=H · R3 ··· (6)

また、上記表面温度 TTを基に、バルブ部 2の肉厚 THを考慮して得られるバルブ部

2の内面温度理論値 ITT (これは発光しているバルブ部の部位によつて相違する内面温度の平均値と見なすことができ、本発明では内面温度理論値 ITTを内面温度の平均値とも称す）は、

ITT=TT+ (Η · TH) / (p ■ MS) … (7)

である。ただし、 MSはパルプ部 2の厚さ方向の中央位置におけるバルブ面積であつて、

TH= (0D-ID) /2 ■■■ (8 )

MS = 4 π ( (ID/ 2) + (TH/ 2 ) ) ² … ( 9) である。

従って、バルブ部 2の内面温度理論値 ITT、バルブ部の内径 ID、封止部の径 d 、及び封止部の長さ 1の値を予め決定しておけば、式（7 ) 、（8 ) 、（9 ) から、バルブ部の外径 0Dが最終的に求まる。なおその場合に、バルブ部 2の内面温度理論値 ITTを所定の目標範囲として設定し、それの範囲に対応したバルブ部 2 の外径 0Dを決定するようにしてもよい。例えば、プロジェクタなどに使用される高輝度の水銀ランプの場合には、バルブ部 2の内面温度理論値 ITTが 9 0 0 °C以上で 1 0 0 0 °C以下となるように管理するのが好ましく、内面温度理論値 ITTがその範囲にとなるように、コンピュータ解析などを利用してバルブ部 2の外径 0D を決定する。

また、図 1 1に示すような、外形が略球状で、内面が両電極方向を光軸とした場合にこの光軸が長軸となる回転楕円面の形状を有するバルブ部 2に対しても、本発明の 0Dを決定する式が成り立つ。ただし、このときの IDは、楕円の短軸の径となる。

バルプ部 2の内面温度理論値 ITTを 9 0 0 °C〜 1 0 0 0 °Cにする理由は次のとおりである。発光ランプは通常石英からなっており、その耐熱温度（軟化点 1 5 0 0 °C) 以上の温度で使用することはできない。また、石英は軟ィ匕しなくても、 1 1 0 o °c近くになると、表面が再結晶化をおこして白濁し、透明性を失って明るさの損失になる。一方、 8 0 0 °C近い温度では、ハロゲンサイクルがうまく回らなくなって、発光ランプ表面に電極のタングステンが付着して黒くなり、明るさを低下させることもある。さらに、バルブ部 2の内部温度は、内部の対流などによって上下で 2 0 0 °C程度の温度差が生じることがあり、実際には、バルブ部 2の内面上側では 1 0 5 0 °C程度までの温度となること、そしてバルブ部 2の内面下側では 8 5 0 °C程度までの温度となることが想定されている。これらを考慮して、パルプ部 2の内面上部と内面下部の温度を平均した温度は、概ね 9 0 0 °C 〜 1 0 0 0 °Cの範囲に設定する。

また、発光ランプには、そのバルブ部 2から射出された光を再度バルブ部 2へ戻すように、バルブ部 2の表面又は表面近くに反射手段を設けたものがある。これには、例えば、バルブ部 2の表面のほぼ半分に反射膜を被膜したものや、バルブ部 2の表面のほぼ半分を隙間を有して配置した反射鏡（以下第二反射鏡という ) で覆うようにしたものなどがある。このような構造の発光ランプは、パルプ部 2での熱損失が反射手段の存在によつて増大する。この場合のバルブ部 2の各サィズも、前述した方法（式）を用いて同様に算出決定することができる。ただし、この場合の熱損失は、例えば以下のようにして求める。

表 3は、パルプ部 2の近傍に第二反射鏡を配した発光ランプにおけるエネルギ一分布である。これらのランプの場合、可視光の損失が実測により測定でき、測定したその可視光損失分を熱損失（輻射、対流、伝導を含む）とみなしてよい。そして、その熱損失を、表 1の輻射と、対流 '伝導とによる損失比に応じて分配して得たのが、表 3のエネルギー分布である。さらに、この表 3を基にランプ電力に対応させて対流 '伝導による熱損失を算出したのが表 4である。この表 4は表 2に対応するものである。

【表 3】

【表 4】

ランプ電力（W) 第 2反射鏡無しの場合の対流'伝導による熱損失（W)

100 7. 1

130 9. 2

150 10. 6

165 11. 7 ランプ電力（w) 第 2反射鏡無しの場合の対流■伝導による熱損失（W)

180 12.7

200 14.1

250 17.7

300 21.2

ところで、実際の発光ランプでは、バルブ部 2の外径 0Dが小さくなると封止部 3 a, 3 bの断面積 sがバルブ部 2の表面積に対して大きな割合となり、それによってバルブ部 2からの出射光が封止部 3 a, 3 bによって遮られる割合が増大する。そこで、図.4に示すように、バルプ部 2の電極 l a， l b間中心からバルブ部 2と封止部 3 a， 3 bとの境界の端部 5までを結ぶ仮想線と、電極 1 a, 1 b間を結ぶ基準線とのなす角度 Φを 40度以内とするのがよい。なお、バノレブ部 2と封止部 3 a, 3 bとは同一材料により連続しているが、便宜的に仮想的な境界（破線表示）を想定している。また、この 40度という値は次の理由に基づく。ある基準長さの均等な明るさの光 ¾1による配光特性を、 0〜180度まで累積してその比を算出し、縦軸に明るさの比を、横軸に角度を取って図示すると、図 5のようになる。この図 5から、角度 0〜40度および角度 140〜 180度の範囲の明るさ比は、合計でも 0. 2以内に収まることがわかる。そこで、この角度に対応する部分、すなわち電極間中心を結ぶ線を基準線としてその ±40度の範囲に、封止部 3 a， 3 bが来るようにすれば、電極 1 a , 1 bで発生した発光光の 80%以上が利用可能となるからである。

次に、上記の式（7) 、（8) 、 (9) を利用して、バルブ部 2の外径を求めた具体例を示す。まず、予め定めたサイズは、バルブ部の内径 ID： 4. 9mm, 封止部の径 d ： 5. 5 mm, 封止部長さ 1 ： 2 Ommである。また、発光ランプは、第二反射鏡無しの場合と第二反射鏡ありの場合とに対して、それぞれ表 2、表 4のランプ電力を設定し、それらの表中にある対流 '伝導による熱損失値を用いた。そして、第二反射鏡無しの場合と第二反射鏡有りの場合とにおいて、バルブ部の内面温度理論値 ITTを 900°C以上 1000°C以下の範囲内に管理する場合における、バルブ部の外径 0Dをそれぞれ算出した。その結果は、図 6、図 7にドット表示されており、それらのドットがラインで結ばれている。従って、この条件において、バルブ部の外径 0Dは、第二反射鏡無しの場合にはランプ電力に対応する図 6の 2本のラインの間（ライン上を含む）に、第二反射鏡有りの場合にはランプ電力に対応する図 7の 2本のラインの間（ライン上を含む）に決定されればよい。

なお、実施形態 1では、発光ランプのバルブ部の外形が略球状の場合を例に説明したが、本発明はバルブ部の形状が他の形状の場合にも適用できる。例えば、図 1 2に示すような、バルブ部の外形及ぴ内形が回転楕円面形状であるものにも適用できる。ただし、この場合におけるバルブ部の外径 0D決定のための算出に際しては、先に説明した球状に特有の計算式を、楕円形状の特性に合わせて調整、変更して行う必要がある。

実施形態 2

次に、上記の方法を用いてサイズが決定された発光ランプを備えた照明装置について説明する。図 8は本発明の実施形態 2の第 1の照明装置 1 0 0に係る構成図である。照明装置 1 0 0は、発光ランプ 1 0と、発光ランプ 1 0のバルプ部 2 力、ら後方に射出された光を前方に向けて反射する第一反射鏡 2 0とを備えてなる。第一反射鏡 2 0の形状は例えば楕円状とすることができる。発光ランプ 1 0は、第一反射鏡 2 0の底部の貫通穴 2 1にその封止部 2の一端 3 aが挿入され、そこでセメントなどの無機系接着剤 2 2により第一反射鏡 2 0と一体に固定されている。なお、各封止部 3 a , 3 bには、電極 l a , l bと接続されたモリブデンからなる金属箔 1 4 a， 1 4 bが密封され、その金属箔 1 4 a , 1 4 bには外部につなげられるリード線 1 5 a , 1 5 bがそれぞれ設けられている。

また、図 9は本発明の実施形態 2の第 2の照明装置 1 0 O Aに係る構成図である。ここで、図 8と同じ符号のものは図 8に示したものと同一物又は相当物を示している。この照明装置 1 0 O Aは、発光ランプ 1 O Aがそのバルブ部 2から前方に射出された光を再度パルプ部 2へ戻す第二反射鏡 6を備えている。第二反射鏡 6は、その反射面がバルブ部 2の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、電極 1 a , 1 b中心から射出されてこの第二反射鏡 6に入る入射光と該第二反射鏡 6の反射面における法線とがー致するように配置されている。第二反射鏡 6はセメント 3 1 などにより封止部の一方 3 bに固定されている。また、第一反射鏡 2 0が楕円形状の場合、電極 1 a , l b間中心を第一反射鏡 2 0の第 1焦点 F 1の位置とほぼ同位置に位置決めされる。なお、第二反射鏡 6の反射面がバルブ部 2の前側ほぼ半分を包囲していること力、ら、第一反射鏡 2 0の反射面はバルブ部 2の後側ほぼ半分をカバーする大きさでよい。これにより、第一反射鏡 2 0は図 8の場合に比ベてかなり小さくなつている。また、これによつて発光ランプ 1 O Aの多くの部分が、第一反射鏡 2 0の反射面開口端より外側に突出している。

バルブ部 2と第二反射鏡 6との間には、 0 . 2 mm以上の隙間を設けて、第二反射鏡 6で覆われている側のバルブ部 2の放熱を促進させるようにしておくのがよレ、。なお、第二反射鏡 6の背面は、その反射面側から入射した光（赤外/線、紫外線、反射面側から漏れてきた可視光など）を透過させるように、あるいは、その反射面側から入射した光を拡散反射させるような反射膜や形状を備えるように成形して、第二反射鏡 6ができるだけ光を吸収しないようにしておく。

以上の構成による照明装置 1 0 O Aは次のように作用する。すなわち、バルブ部 2後側からの出射光は、第一反射鏡 2 0により反射されて照明装置 1 0 0 Aの前方に向かう。また、バルブ部 2前側から出射した光は、第二反射鏡 6により反射されて再度バルブ部 2に戻り、そこから第一反射鏡 2 0に入射する。そして、その光もまた第一反射鏡 2 0により反射されて照明装置 1 0 O Aの前方に向かう。これにより、バルブ部 2から射出した光のほとんどが利用可能となる。

実施形態 2の照明装置 1 0 0， 1 0 O Aによれば、そこに用いられている発光ランプ 1 0、 1 0 Aの温度が適切な値に維持されるため、ランプの白濁や黒色化が回避され、照明光の品質低下防止が図れる。

実施形態 3

図 1 0は本発明の発光ランプ、ここでは発光ランプ 1 0 Aを備えたプロジェクタの構成図である。この光学系は、発光ランプ 1 0 A、第一反射鏡 2 0及ぴ第二反射鏡 6からなる照明装置 1 0 0 Aと、照明装置 1 0 0 Aからの出射光を所定の光に調整する手段とを備えた照明光学系 3 0 0と、ダイクロイツクミラー 3 8 2 ， 3 8 6、反射ミラー 3 8 4等を有する色光分離光学系 3 8 0と、入射側レンズ 3 9 2、リレーレンズ 3 9 6、反射ミラー 3 9 4 , 3 9 8を有するリレー光学系 3 9 0と、各色光に対応するフィールドレンズ 4 0 0 , 4 0 2 , 4 0 4及び光変調装置としての液晶パネル 4 1 O R , 4 1 0 G, 4 1 0 Bと、色光合成光学系であるクロスダイクロイツクプリズム 4 2 0と、投写レンズ 6 0 0とを備えている次に、上記構成のプロジェクタの作用を説明する。まず、発光ランプ 1 O Aのバルブ部 2の中心より後側からの出射光は、第一反射鏡 2 0により反射されて照明装置 1 0 O Aの前方に向かう。また、バルブ部 2の中心より前側からの出射光は、第二反射鏡 6により反射されて第一反射鏡 2 0に戻った後、第一反射鏡 2 0 により反射されて照明装置 1 0 O Aの前方に向かう。

照明装置 1 0 O Aを出た光は凹レンズ 2 0 0に入り、そこで光の進行方向が照明光学系 3 0 0の光軸 1とほぼ平行に調整された後、ィンテグレータレンズを構成する第 1レンズアレイ 3 2 0の各小レンズ 3 2 1に入射する。第 1レンズァレィ 3 2 0は、入射光を小レンズ 3 2 1の数に応じた複数の部分光束に分割する。第 1レンズアレイ 3 2 0を出た各部分光束は、その各小レンズ 3 2 1にそれぞれ対応した小レンズ 3 4 1を有してなるインテグレータレンズを構成する第 2レンズアレイ 3 4 0に入射する。そして、第 2レンズアレイ 3 4 0からの出射光は、偏光変換素子アレイ 3 6 0の対応する偏光分離膜（図示省略）の近傍に集光される。その際、遮光板（図示省略）により、偏光変換素子アレイ 3 6 0への入射光のうち、偏光分離膜に対応する部分にのみ光が入射するように調整される。偏光変換素子アレイ 3 6 0では、そこに入射した光束が同じ種類の直線偏光に変換される。そして、偏光変換素子アレイ 3 6 0で偏光方向が揃えられた複数の部分光束は重畳レンズ 3 7 0に入り、そこで液晶パネル 4 1 0 R， 4 1 0 G , 4 1 O Bを照射する各部分光束が、対応するパネル面上で重さなり合うように調整される。

色光分離光学系 3 8 0は、第 1及び第 2ダイクロイツクミラー 3 8 2， 3 8 6 を備え、照明光学系から射出される光を、赤、緑、青の 3色の色光に分離する機能を有している。

第 1ダイクロイックミラー 3 8 2は、重畳レンズ 3 7 0から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第 1 ダイクロイツクミラー 3 8 2を透過した赤色光は、反射ミラー 3 8 4で反射され、フィールドレンズ 4 0 0を通って赤色光用の液晶パネル 4 1 0 Rに達する。このフィールドレンズ 4 0 0は、重畳レンズ 3 7 0から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル 4 1 0 G, 4 1 0 Bの前に設けられたフィールドレンズ 4 0 2 , 4 0 4も同様に作用する。さらに、第 1ダイクロイツクミラー 3 8 2で反射された青色光と緑色光のうち、緑色光は第 2ダイクロイツクミラー 3 8 6によって反射され、フィールドレンズ 4 0 2を通って緑色光用の液晶パネル 4 1 O Gに達する。一方、青色光は、第 2ダイクロイツクミラー 3 8 6を透過し、リレー光学系 3 9 0、すなわち、入射側レンズ 3 9 2、反射ミラー 3 9 4、リレーレンズ 3 9 6、及び反射ミラー 3 9 8を通り、さらにフィールドレンズ 4 0 4を通って青色光用の液晶パネル 4 1 0 Bに達する。なお、青色光にリレー光学系 3 9 0が用いられているのは、青色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ 3 9 2に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ 4 0 4に伝えるためである。なお、リレー光学系 3 9 0は、 3つの色光のうちの青色光を通す構成としたが、赤色光等の他の色光を通す構成としてもよい。

3つの液晶パネル 4 1 0 R , 4 1 0 G, 4 1 0 Bは、入射した各色光を、与えられた映像情報に従って変調し、各色光の画像を形成する。なお、 3つの液晶パネル 4 1 O R , 4 1 O G, 4 1 O Bの光入射面側、光出射面側には、通常、偏光板が設けられている。

上記の各液晶パネル 4 1 0 R , 4 1 0 G , 1 0 Bから射出された 3色の変調光は、これらの変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有するクロスダイクロイツクプリズム 4 2 0に入る。クロスダイクロイツクプリズム 4 2 0には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体多層膜とが、 4つの直角プリズムの界面に略 X字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって赤、緑、青の 3色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。そして、クロスダイクロイツクプリズム

4 2 0で合成された合成光は、最後に投写レンズ 6 0 0に入り、そこからスクリーン上にカラー画像として投写表示される。

上記プロジェクタによれば、そこに用いられている発光ランプ 1 O Aの温度が適切な値に維持されるため、発光ランプの白濁や黒色化が回避されて、プロジェクタの表示画像の質の劣化を抑制できる。

本発明の発光ランプは、各種照明装置、光学装置の光源として利用できる。なお、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

前記実施形態では、 3つの液晶パネル 4 1 O R , 4 1 O G , 4 1 0 Bを用いたプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、 1つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、 2つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、あるいは、 4つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。

前記実施形態では、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネルを用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。

前述の実施形態では光変調装置として液晶パネル 4 1 O R , 4 1 0 G、 4 1 0 Bを採用していたが、本発明はこれに限られず、マイクロミラーを用いて光変調を行うデバイスを照明する光源装置として本発明を採用してもよい。この場合は、光束入射側および光束射出側の偏光板は省略できる。

前述の実施形態では、光変調装置を備えたプロジェクタに本発明の光源装置を採用していたが、本発明はこれに限られず、他の光学機器に本努明の光源装置を適用してもよい。

前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投写を行うフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投写を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 一対の電極が内蔵されたバルブ部と、そのバルブ部の両側に該バルブ部と一体に配置され前記電極につながる導体が配設された封止部とを備える発光ランプであって、

前記バルブ部の内径、前記バルブ部の外径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さの 4つのサイズの値のうちの 3つの値と、消費電力に依存する前記バルブ部の対流■伝導による熱損失量値とが予め決定され、それらの決定された値を基に、前記バルブ部の内面温度の平均値が予め定めた目標値となるように、前記バルブ部の各サイズのうちの残りの 1つのサイズの値が決定されていることを特徴とする発光ランプ。

2 . 前記パルプ部の対流 .伝導による熱損失量、前記バルブ部の内径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さが予め決定され、

前記熱損失量、前記バルブ部の内径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さを基に、前記バルブ部の内面温度の平均値が目標範囲内に収まるように、前記バルブ部の外径が決定されていることを特徴とする請求項 1記載の発光ランプ。

3 . TTを前記バルブ部の表面温度とし、 Hを前記バルブ部の対流■伝導による熱損失量とし、 THを前記バルブ部の肉厚とし、 pを前記バルブ及び前記封止部を構成する材料の熱伝導率とし、 MSを前記バルブ部の厚さ方向中央位置におけるバルブ面積とし前記内面温度の平均値を ITTとしたとき、

ITT=TT+ (Η · TH) / ( p · MS)

であることを特徴とする請求項 1又は 2記載の発光ランプ。

4. Tを前記バルブ部の前記封止部からの放熱がないとした場合の前記バルブ部の表面温度とし、 K3を前記バルブ部から自然対流への熱抵抗 R1と前記バルブ部から前記封止部への伝導による熱抵抗 R2との合成抵抗とし、 1を前記封止部の長さとし、 dを前記封止部の直径としとき、

TT=H■ R3、

R3= (R1 · R2) Z(2R1+R2)、

R1=T/H、 R2=l/ ( p ■ π ■ (d/2)く SUP〉2く/ SUP〉）、

である、ことを特徴とする請求項 3記載の発光ランプ。

5 . 前記内面温度の平均値を 9 0 0 °C以上 1 0 0 0 °C以下とされていることを特徴とする前記請求項 1乃至 4の何れかに記載の発光ランプ。

6 . 前記バルブ部の電極間中心から前記バルブ部と前記封止部との境界の一端までを結ぶ仮想線と、前記電極間を結ぶ基準線とのなす角度を 4 0度以内とされていることを特徴とする前記請求項 1乃至 5の何れかに記載の発光ランプ。

7 . 前記バルブ部から射出された光を再度該バルブ部へ戻す反射手段を備えている、ことを特徴とする請求項 1乃至 6の何れかに記載の発光ランプ。

8 . 凹面反射鏡の底部にランプが固定されてなる照明装置において、該ランプとして、請求項 1乃至 7の何れかに記載の発光ランプを備えた、ことを特徴とする照明装置。

9 . 照明装置からの照明光を光変調装置に入射し画像を生成してその画像を投写するプロジェクタにおいて、該照明装置の光源として、請求項 8記載の照明装置を備えた、ことを特徴とするプロジェクタ。