JP2006260891A - 超高圧放電灯ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 「長寿命化」の要請に応えることのできる超高圧放電灯ユニットを提供する。
【解決手段】 超高圧放電灯ユニット１０は、凹状の反射面１４ａを有するリフレクタ１４と、発光管部２２とその両端部に設けられた封止部２４とによって構成された封体容器２６を有する超高圧放電灯１２とを備えており、発光管部２２の前方に位置する封止部２４には、超高圧放電灯１２の前方に配設された光学機器１６，２０からの反射光Ａを遮断する遮蔽部材１８が取り付けられている。したがって、光学機器１６，２０から発光管部２２へ向かう反射光Ａを遮蔽部材１８によって遮断でき、超高圧放電灯１２の温度上昇を抑制して、超高圧放電灯１２の寿命を引き延ばすことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、映像素子に表示された情報を投影光学系によって投射する投射型プロジェクター等に用いられる超高圧放電灯ユニットに関する。

近年では、ビジネスにおけるプレゼンテーション、家庭におけるホームシアターまたはリアプロジェクションテレビ等の様々なシーンで投射型プロジェクターが使用されており、その主要部品である光源装置には、図７に示すように、凹状の反射面２ａを有するリフレクタ２の中央部に放電灯３が取り付けられた放電灯ユニット１が一般に用いられている。

そして、このような放電灯ユニット１には、「明るさ向上」に対する強い要請があり、従来では、放電灯３の高圧化（０．１５ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀封入）や、放電灯３の小型化（０．８Ｗ／ｍｍ²以上の管壁負荷）等によってこの要請に応えていた。また、放電灯３を高圧化した場合には、その破裂頻度が高くなるため、破裂時における破片や水銀の飛散を防止するために、リフレクタ２の開口部２ｂにカバー４を取り付けるようにしていた。なお、図７に示した放電灯ユニット１と同様の構成は、特許文献１等にも開示されている。
特開２００４−３６２８６４号公報

放電灯ユニット１（図７）を投射型プロジェクター等の光源装置として用いる際には、放電灯ユニット１がプロジェクターハウジング内の所定位置に配設され、放電灯ユニット１の前方にＵＶ／ＩＲカットフィルタ５等の光学機器が配設される。そして、投射型プロジェクターの起動スイッチを入れて放電灯３を点灯させると、放電灯３から出射された光がカバー４を通して光学機器へ与えられ、その光の一部が光学機器で反射され、反射光Ａとして放電灯３の発光管部３ａへ戻される。したがって、発光管部３ａは、反射光Ａによって適正温度以上に加熱されることとなり、その結果、放電灯３の寿命が短くなるという問題があった。

そして、このような問題は、図８に示すような平行光を照射する放電灯ユニット６においても同様に生じていた。つまり、光学機器に与えられる光が平行光であっても、その平行光には一定の広がりがあることから、その反射光Ａにも一定の広がりがあり、反射光Ａの広がり部分によって発光管部３ａが適正温度以上に加熱されるという問題があった。

なお、「適正温度」とは、実験により求められた「放電灯に異常をきたさない温度」を意味し、放電灯３を構成する封体容器が石英ガラス製である場合には、８００〜９００℃であることが確認されている。

それゆえに、本発明の主たる課題は、発光管部の温度上昇を抑制することによって「長寿命化」の要請に応えることのできる、超高圧放電灯ユニットを提供することである。

請求項１に記載した発明は、「凹状の反射面１４ａを有するリフレクタ１４と、発光管部２２とその両端部に設けられた封止部２４とによって構成された封体容器２６を有し、一方の前記封止部２４において前記リフレクタ１４の中央部に取り付けられた超高圧放電灯１２とを備える、超高圧放電灯ユニット１０において、前記超高圧放電灯１２の前方に配設された光学機器１６，２０からの反射光Ａを遮断する遮蔽部材１８が、前記発光管部２２の前方に位置する他方の前記封止部２４に取り付けられていることを特徴とする、超高圧放電灯ユニット１０」である。

この発明では、超高圧放電灯１２の前方に配設された光学機器１６，２０からの反射光Ａを、封止部２４に取り付けられた遮蔽部材１８によって遮断することができるので、この反射光Ａが発光管部２２へ戻るのを阻止でき、発光管部２２の温度上昇を抑制できる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した「超高圧放電灯ユニット１０」において、「前記超高圧放電灯１２の前記封体容器２６は、石英ガラスによって構成されており、前記封体容器２６内には、タングステンからなる電極３４と、０．１５ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入されており、前記封体容器２６の管壁負荷は、０．８Ｗ／ｍｍ²以上に設定されている」ことを特徴とする。

この発明では、封体容器２６に高圧水銀(０．１５ｍｇ／ｍｍ³以上)が封入された小型(管壁負荷０，８Ｗ／ｍｍ²以上)の超高圧放電灯１２が用いられるので、「明るさ」を向上させることができる。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した「超高圧放電灯ユニット１０」において、「前記遮蔽部材１８は、前記封止部２４の外面に鍔状に形成されている」ことを特徴とする。

この発明における遮蔽部材１８は、封止部２４との関係では鍔状であるが、遮蔽部材１８の単独では、これをリング状に形成することができる。したがって、リング状の遮蔽部材１８を封止部２４の外面に嵌合するだけで、簡単かつ安価に製造することができる。

請求項４に記載した発明は、請求項１または２に記載した「超高圧放電灯ユニット１０」において、「前記遮蔽部材１８は、前記超高圧放電灯１２の前方に配設された光学機器１６，２０からの反射光Ａを前記発光管部２２の下部へ導く導光路４８を確保しつつ、前記封止部２４に取り付けられている」ことを特徴とする。

発光管部２２の下部の温度が低い場合には、水銀の蒸発速度が遅くなって照度の立ち上がり時間が遅延する。そこで、この発明では、光学機器１６，２０からの反射光Ａを発光管部２２の下部へ導く導光路４８を確保し、反射光Ａによって発光管部２２の下部を加熱するようにしている。

請求項１〜４に記載した発明によれば、超高圧放電灯を用いているので、十分な「明るさ」を確保できる。また、光学機器から超高圧放電灯の発光管部へ向かう反射光を遮蔽部材で遮断するようにしているので、発光管部の温度上昇を抑制でき、超高圧放電灯の「長寿命化」を達成できる。

図１は、本発明が適用された超高圧放電灯ユニット１０を示す断面図であり、図２は、超高圧放電灯ユニット１０を示す部分拡大図である。超高圧放電灯ユニット１０は、投射型プロジェクター等の光源装置を構成するものであり、超高圧放電灯１２と、リフレクタ１４と、カバー１６と、遮蔽部材１８とを備えており、超高圧放電灯ユニット１０を投射型プロジェクター等に組み込んで使用する際には、超高圧放電灯ユニット１０の前方にＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０等の光学機器が配設される。

超高圧放電灯１２は、図２に示すように、略球状の発光管部２２と、発光管部２２の両端からストレートに延びた棒状の封止部２４とを有する石英ガラス製の封体容器２６を有しており、各封止部２４の内部には、電極棒２８と、リード棒３０と、これらを電気的に接続するモリブデン箔３２とが配設されており、発光管部２２の内部における電極棒２８の端部間には、タングステン等の高融点金属からなる電極３４が設けられている。また、発光管部２２の内部には、０．１５ｍｇ／ｍｍ³以上の高圧水銀と、アルゴン等の希ガスと、ヨウ素，臭素，塩素，フッ素等のうち少なくとも１つのハロゲン（金属ハロゲン化物またはハロゲンガス等）とが封入されている。

なお、超高圧放電灯１２の大きさは、特に限定されるものではないが、「明るさ向上」の観点からは小型であることが望ましく、この実施例では、封体容器２６の管壁負荷が０．８Ｗ／ｍｍ²以上に設定されている。

リフレクタ１４（図１，図２）は、超高圧放電灯１２の発光管部２２で発生した光を前方へ反射させるものであり、石英ガラスによって碗形に形成されている。そして、リフレクタ１４の内面には、鏡面状の反射面１４ａが形成されており、リフレクタ１４の中央部には、超高圧放電灯１２の一方の封止部２４が挿通される筒状の放電灯取付部３６が形成されている。

なお、リフレクタ１４における開口部１４ｂの形状は、特に限定されるものではなく、円形，楕円形または四角形等のような任意の形状でよい。また、リフレクタ１４の材質としては、石英ガラスに代えて、アルミニウム，ステンレス，真鍮，ニッケル，クロム，ニッケル−クロム合金，銅または銅−ニッケル合金等のような金属が用いられてもよい。金属を用いた場合には、熱伝導率が高いため、放熱による冷却効果を期待できる。

カバー１６（図１，図２）は、リフレクタ１４の開口部１４ｂを封鎖するものであり、石英ガラス等のような透光性および耐熱性を有する材料によって板状に形成されている。

遮蔽部材１８（図１，図２）は、超高圧放電灯１２の前方に配設された光学機器（カバー１６，ＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０等）からの反射光Ａを遮断することによって、この反射光Ａが超高圧放電灯１２の発光管部２２へ戻されるのを阻止する鍔状部材である。遮蔽部材１８の形状は、封止部２４との関係では鍔状であるが、遮蔽部材１８の単独では、図３に示すように、中央部に貫通孔１８ａを有するリング状である。遮蔽部材１８における貫通孔１８ａの内径は、封止部２４の外径とほぼ同じサイズに設定されており、遮蔽部材１８の外径は、図２に示すように、リフレクタ１４における反射面１４ａの最内部で反射された反射光Ｂを遮断することのないように設定されている。ただし、遮蔽部材１８が反射光Ｂを遮断したとしても、その遮断量が僅かであれば、超高圧放電灯ユニット１０の性能を損なう心配はない。

なお、遮蔽部材１８の形状は、特に限定されるものではなく、図３に示すような円形の他、楕円形，四角形または六角形等であってもよい。また、遮蔽部材１８の材質は、遮光性および耐熱性を有するものであればよく、具体的には、アルミナ，セラミック，金属，合金，炭素または炭素化合物等を用いることができる。

超高圧放電灯ユニット１０を組み立てる際には、図１に示すように、超高圧放電灯１２の一方の封止部２４がリフレクタ１４の放電灯取付部３６に挿通され、この封止部２４の端部に金属端子３８および金属放熱板４０が取り付けられる。そして、この封止部２４が放電灯取付部３６に対してセメント４２によって接合される。また、発光管部２２の前方に位置する他方の封止部２４の外面には、遮蔽部材１８が接着剤によって取り付けられ、リフレクタ１４の開口部１４ｂには、カバー１６が接着剤によって取り付けられる。

なお、封止部２４に対する遮蔽部材１８の取り付け位置は、光学機器（カバー１６，ＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０等）から発光管部２２へ向かう反射光Ａを遮断し得る位置であればよく、特に限定されるものではない。

超高圧放電灯ユニット１０を投射型プロジェクター等の光源装置として用いる際には、超高圧放電灯ユニット１０がプロジェクターハウジング内の所定位置に配設され、超高圧放電灯ユニット１０の前方にＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０やフライアイレンズ（図示省略）等の光学機器が配設される。そして、超高圧放電灯１２を点灯させると、超高圧放電灯１２から出射された光がカバー１６を通してＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０等の光学機器へ与えられ、その光の一部が光学機器(カバー１６を含む。)で反射され、反射光Ａとしてリフレクタ１４内へ戻される。しかし、発光管部２２の前方の封止部２４には、遮蔽部材１８が取り付けられているので、反射光Ａは遮蔽部材１８によって遮断されることとなり、発光管部２２へ戻されることはない。したがって、反射光Ａによって発光管部２２が加熱されることはなく、発光管部２２の温度上昇が抑制される。

この実施例によれば、高圧水銀が封入された小型の超高圧放電灯１２を用いているので、十分な「明るさ」を得ることができる。また、発光管部２２へ向かう反射光Ａを遮蔽部材１８で遮断することができるので、発光管部２２の温度上昇を抑制することができ、ひいては超高圧放電灯１２の「長寿命化」を達成できる。

なお、図１実施例では、反射面１４ａで反射された反射光Ｂを焦点Ｐに集光させることのできるリフレクタ１４を採用しているが、図４に示した超高圧放電灯ユニット４４のように、反射面１４ａで反射された反射光Ｂを平行光として出射させることのできるリフレクタ１４を採用してもよい。この場合でも、光学機器（カバー１６，ＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０等）から発光管部２２へ向かう反射光Ａを遮蔽部材１８によって遮断することができるので、発光管部２２の温度上昇を抑制でき、超高圧放電灯１２の「長寿命化」を達成できる。

発明者等は、図１実施例および図４実施例の効果を以下の実験により確認した。

［実験方法］
図１に示した超高圧放電灯ユニット１０を本件試料１とし、図４に示した超高圧放電灯ユニット４４を本件試料２とした。また、図７に示した従来の超高圧放電灯ユニット１を比較試料１とし、図８に示した従来の超高圧放電灯ユニット６を比較試料２とした。そして、各試料の前方にＵＶ／ＩＲカットフィルタを配設し、使用時における発光管部の上部温度（℃）と照度維持率が５０％に低下するまでの時間とを、それぞれ３個の試料について測定した（測定回数３回）。なお、各試料の具体的構成は、以下の通りである。

本件試料１： 本件試料１では、１５０Ｗで直流点灯式の超高圧放電灯１２が採用されており、超高圧放電灯１２の封体容器２６は、０．８Ｗ／ｍｍ²の管壁負荷で石英ガラスによって構成されおり、封体容器２６内には、アーク長１．１ｍｍのタングステンからなる電極３４と、０．２２ｍｇ／ｍｍ³の高圧水銀と、臭素（ハロゲン）と、アルゴン（希ガス）とが封入されている。

本件試料２： 本件試料２では、１５０Ｗで直流点灯式の超高圧放電灯１２が採用されており、超高圧放電灯１２の封体容器２６は、０．８Ｗ／ｍｍ²の管壁負荷で石英ガラスによって構成されおり、封体容器２６内には、アーク長１．０ｍｍのタングステンからなる電極３４と、０．１５ｍｇ／ｍｍ³の高圧水銀と、臭素（ハロゲン）と、アルゴン（希ガス）とが封入されている。

比較試料１： 遮蔽部材１８が設けられてない点を除いて、本件試料１と同じ構成を備えている。

比較試料２： 遮蔽部材１８が設けられてない点を除いて、本件試料２と同じ構成を備えている。

［実験結果］
実験結果は、表１に示した通りである。

表１より、本件試料１および２によれば、比較試料１および２よりも発光管部２２の上部温度の上昇を抑制でき、照度維持率が５０％に低下するまでの時間を引き延ばすこと、すなわち、「長寿命化」を達成できることが分かる。

また、上述の実施例（図１，図４）では、発光管部２２の上部へ向かう反射光Ａだけでなく、下部へ向かう反射光Ａをも遮断するようにしているが、図５に示す超高圧放電灯ユニット４６のように、封止部２４の下部を除いた位置に遮蔽部材１８を設けることによって、反射光Ａを発光管部２２の下部へ導く導光路４８を確保し、導光路４８を通る反射光Ａによって発光管部２２の下部を加熱するようにしてもよい。

この場合でも、発光管部２２の上部へ向かう反射光Ａを遮断できるので、発光管部２２の温度上昇を抑制でき、超高圧放電灯１２の「長寿命化」を達成できる。また、発光管部２２の下部を反射光Ａによって加熱することができるので、超高圧放電灯１２の照度立ち上がり時間を短縮することができる。

発明者等は、図５実施例の効果を以下の実験により確認した。

［実験方法］
図５に示した超高圧放電灯ユニット４６を本件試料とし、図７に示した従来の超高圧放電灯ユニット１を比較試料１とし、図１に示した超高圧放電灯ユニット１０を比較試料２とした。そして、各試料の前方にＵＶ／ＩＲカットフィルタを配設し、使用時における発光管部の上部温度（℃）と、照度維持率が５０％に低下するまでの時間と、超高圧放電灯１２の立ち上がり時間とを、それぞれ３個の試料について測定した（測定回数３回）。なお、各試料の具体的構成は、以下の通りである。

本件試料： 本件試料では、１５０Ｗで直流点灯式の超高圧放電灯１２が採用されており、超高圧放電灯１２の封体容器２６は、０．８Ｗ／ｍｍ²の管壁負荷で石英ガラスによって構成されており、封体容器２６内には、アーク長１．１ｍｍのタングステンからなる電極３４と、０．２２ｍｇ／ｍｍ³の高圧水銀と、臭素（ハロゲン）と、アルゴン（希ガス）とが封入されている。そして、遮蔽部材１８として、封止部２４の上部に取り付けられる半リング状のものが用いられている。

比較試料１： 遮蔽部材１８が設けられてない点を除いて、本件試料と同じ構成を備えている。

比較試料２： 遮蔽部材１８がリング状である点を除いて、本件試料と同じ構成を備えている。

［実験結果］
実験結果は、表２に示した通りである。

表２より、本件試料によれば、比較試料１よりも発光管部２２の上部温度の上昇を抑制でき、照度維持率が５０％に低下するまでの時間を引き延ばすこと、すなわち、「長寿命化」を達成できることが分かる。また、本件試料によれば、比較試料２よりも超高圧放電灯１２の立ち上がり時間を短縮できることが分かる。

超高圧放電灯ユニットを示す断面図である。 図１実施例で用いられる遮蔽部材を示す斜視図である。 図１実施例の部分拡大図である。 他の超高圧放電灯ユニット（リフレクタの変形）を示す断面図である。 他の超高圧放電灯ユニット（遮蔽部材の変形）を示す部分拡大図である。 図５実施例で用いられる遮蔽部材を示す斜視図である。 従来技術を示す断面図である。 他の従来技術を示す断面図である。

符号の説明

１０，４４，４６… 超高圧放電灯ユニット
１２… 超高圧放電灯
１４… リフレクタ
１６… カバー
１８… 遮蔽部材
２０… ＵＶ／ＩＲカットフィルタ
２２… 発光管部
２４… 封止部
２６… 封体容器
３６… 放電灯取付部
４８… 導光路

Claims (4)

1. 凹状の反射面を有するリフレクタと、発光管部とその両端部に設けられた封止部とによって構成された封体容器を有し、一方の前記封止部において前記リフレクタの中央部に取り付けられた超高圧放電灯とを備える、超高圧放電灯ユニットにおいて、
   前記超高圧放電灯の前方に配設された光学機器からの反射光を遮断する遮蔽部材が、前記発光管部の前方に位置する他方の前記封止部に取り付けられていることを特徴とする、超高圧放電灯ユニット。
2. 前記超高圧放電灯の前記封体容器は、石英ガラスによって構成されており、前記封体容器内には、タングステンからなる電極と、０．１５ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入されており、前記封体容器の管壁負荷は、０．８Ｗ／ｍｍ²以上に設定されている、請求項１に記載の超高圧放電灯ユニット。
3. 前記遮蔽部材は、前記封止部の外面に鍔状に形成されている、請求項１または２に記載の超高圧放電灯ユニット。
4. 前記遮蔽部材は、前記超高圧放電灯の前方に配設された光学機器からの反射光を前記発光管部の下部へ導く導光路を確保しつつ、前記封止部に取り付けられている、請求項１または２に記載の超高圧放電灯ユニット。
   

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