JP3623137B2 - 放電ランプと光源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプと、放電ランプを用いて照明光を形成する光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプや超高圧水銀ランプに代表される小型の放電ランプは、投写型表示装置等の光源として広く利用されている。このような場合、放電ランプと凹面鏡とを組み合わせて光源装置を構成し、これを投写型表示装置の光源として利用するのが一般的である。
【０００３】
図１７は、従来の放電ランプの構成例を示す。放電ランプ３２１は主として、発光管３０１、封止部３０２、３０３、金属箔３０４、３０５、電極３０６、３０７、外部導線３０８、３０９、放電媒体３１０、３１１、３１２、から構成される。発光管３０１及び封止部３０２、３０３には石英ガラス、電極３０６、３０７にはタングステン、金属箔３０４、３０５にはモリブデン箔、外部導線３０８、３０９にはモリブデンが用いられる。また、放電媒体には、水銀３１０、ハロゲン化金属などの発光金属３１１とアルゴンなどの希ガス３１２が主に用いられる。
【０００４】
外部導線３０８、３０９に所定の電圧を印加することにより、電極３０６、３０７間にアーク放電が発生し、水銀３１０やハロゲン化金属３１１に固有の発光が得られる。アルゴンガス３１２は、始動性を改善するために用いられている。
【０００５】
この種の放電ランプは、電極間距離が極めて短く始動時に大電流が流れるため、電極変形や、電極物質の蒸発による黒化が発生し易く、長寿命化が困難である。これに対して、電極構造の工夫によりランプ寿命を改善した種々の放電ランプが開示されている（例えば、特開平７−１９２６８８、特開平１０−９２３７７）。図１８〜図２０は電極の構成例を示す拡大図である。
【０００６】
図１８は、電極３３０の先端にコイル３３１を設けて放熱性を向上し、先端部の過剰昇温による劣化、変形を抑制した例である。
図１９は、電極３４０の先端に電極３４１軸よりも直径の太い放電部３４２を設けて熱伝導性を高め、先端部の過剰昇温による劣化、変形を抑制した例である。この種の電極は、直流型放電ランプの陽極として用いられる。
【０００７】
図２０は、電極３５０の先端にコイルを太く巻き付けて、この先端部分は電極軸３５１と一体の固まりになるよう放電によって溶融し、電極軸３５１よりも直径の太い放電部３５２を形成し、放電部３５２の後方にコイルを一体的に溶融した放熱部３５３を設けて電極の劣化、変形を抑制した例である。放熱部３５３は、コイルや円筒型の電極部材を用いて構成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１８〜図２０に示す電極構造は以下のような問題があった。
図１８の場合、電極３３０とコイル３３１の接触面積が小さいため熱伝導が低く、十分な放熱効果が得られ難い。また、コイル３３１が細すぎる場合にはコイル３３１が溶融、変形してしまう、という問題があった。コイル３３１を太くすればよいが、電極３３０に使用されるタングステンは材質が硬く、コイル３３１を巻き付けるのが困難になる。また、放電のアークスポットが電極先端やコイル端部に移動してしまい、アークが安定し難い、という問題があった。
【０００９】
図１９の場合、太径の放電部３４２を大きくしすぎると、電極３４０が熱電子を放出するのに必要な温度まで上昇し難く、始動性の悪化や立ち消えなどの問題があった。これは、特にランプを交流点灯する場合に大きな問題になるため、このような電極を交流点灯で用いるのは困難であった。
【００１０】
図２０の場合、放電部３５２とコイル３５３が一体的に連続して構成されているため、放電部３５２とコイル３５３との熱伝導が高く、放電部３５２が熱電子放出に必要な温度まで上昇し難くなるため、図１９と同様に始動性の悪化や立ち消えを発生する。これは、特に放電ランプを交流点灯する場合に大きな問題になる。また、この図２０のような電極は、電極軸３５１にコイル３５３を巻回した構成の電極を、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で放電させ、その先端部分を溶融することにより製造される。放電ランプでは、始動性を改善するために電極材料のタングステンにトリウム等のドープ材を添加した電極が用いられることが多い。しかしながら、上述のような製造方法で作製した電極は、先端部分を溶融する際にドープ材が蒸発してしまう、という問題があった。更に、先端部分は溶融により再結晶化が進むため、強度的にも弱く、加工が困難である、という問題があった。
【００１１】
一方、この種の放電ランプを投写型表示装置に使用する場合には、凹面鏡と組み合わせて光源を構成するのが一般的である。図２１ａは、その構成例を示している。図２１ｂは、図２１ａにおけるＡ−Ａの断面図である。凹面鏡３７１はその内表面に反射コーティング３７２が施され、ランプ３６０からの放射光を所定の方向に効率良く反射する。凹面鏡３７１には、ランプ挿入部３７３と導線取り出し穴３７４が設けられている。ランプ３６０は、封止部３６２をランプ挿入部３７３に挿入し、耐熱性の接着剤３７５によって凹面鏡３７１に固定される。また、外部導線３６９には延長導線３７６が接続され、延長導線３７６の他端を導線取り出し穴３７４から凹面鏡３７１の外部に引き出している。外部導線３６８と延長導線３７６との間に所定の電圧を加えることにより、ランプ３６０の発光を得ることができる。
【００１２】
投写型表示装置に使用するランプは、できるだけ小型で、長寿命であることが要望される。しかしながら、図２１ａに示した従来の光源は、以下のような問題があった。
【００１３】
第１に、ランプ３６０の両端に設けられた金属箔３６４、３６５や外部導線３６８、３６９の酸化により断線を招き、ランプ寿命が低下するという問題である。図２１ａに示した光源の場合、図２１ｂのＡ−Ａの拡大断面図に示すように、外部導線３６９と封止部３６３との間には、封止の際、熱応力による歪みが発生し、隙間Ｂが形成される。それ故、外部導線３６９や金属箔３６５の外部導線３６９側の端部は空気と接触しており、ランプ点灯中の極めて高温な条件化では、これらの部分の酸化が促進される。酸化によって断線に至るまでの時間は温度によって変化するが、例えば、金属箔にモリブデンを用いた場合、空気中３５０℃の条件化でおよそ５０００時間程度である。外部導線３６８と封止部３６２についても同様である。
【００１４】
一般に、投写型表示装置に使用される放電ランプは、点灯中の温度が極めて高く、発光管３６１は最大１０００℃近い温度になる。それ故、発光管３６１からの熱伝導や、電極３６６、３６７からの熱伝導により、金属箔３６４、３６５と外部導線３６８、３６９の接続部付近の温度は、数１００度に達する。ファン等により強制的に空冷すれば温度を低下できるが、発光管３６１の温度まで低下させてしまうと、発光金属の蒸発が抑制され、発光効率が著しく低下する。それ故、極めて局部的な冷却が必要であり困難を要する。
【００１５】
この問題を解決するために、従来の放電ランプでは、十分長い金属箔を使用し、熱伝導による温度上昇を小さくして酸化による断線を抑制している。しかしながら、金属箔を長くするあまりランプ全長が長くなり、光源の小型化が困難になる、という問題があった。
【００１６】
第２に、ランプ点灯中は発光金属が蒸発するため、発光管内の圧力は、例えば、メタルハライドランプの場合で数１０気圧、超高圧水銀ランプの場合で数１０ＭＰａ（メガパスカル）と極めて高く、点灯中に発光管が破損し易いという問題があった。
【００１７】
本発明の放電ランプは、主に短アークであっても始動性、アークの安定性、及びランプ寿命を改善することを目的とする。また、本発明の光源装置は、主に投写型表示装置に用いる場合に適した、コンパクトで、信頼性が高く、放電ランプの放射光を効率良く集光することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の放電ランプは、発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された放電媒体と、を備え、前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端に一体的に形成された前記電極軸よりも外径の太い放電部と、で構成され、前記放電部は先端がテーパ状であり、前記放電部の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記放電部の先端の直径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足するものである。
【００１９】
本発明の第２の放電ランプは、発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された放電媒体と、を備え、前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端部に嵌め込まれ、前記電極軸の先端側の外径部がテーパ状に形成された円筒状導体を有し、前記円筒状導体の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記円筒状導体における前記電極軸の先端に近い端面の外径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足するものである。
【００２０】
本発明の第３の放電ランプは、発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された水銀および希ガスと、を備え、前記水銀の封入量は１５０ｍｇ／ｃｃ以上であり、前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端に一体的に形成された前記電極軸よりも外径の太い放電部と、で構成され、前記放電部は先端がテーパ状であり、前記放電部の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記放電部の先端の直径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足し、前記電極に交流電圧を印加して点灯させるものである。
【００２１】
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、放熱導体は、コイル状であるのが、好ましい。
上記第１又は第３の放電ランプにおいて、電極の間隔が２ｍｍ以下であり、電極軸の外径をＤ１、放電部の外径をＤ２、前記放電部の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０
Ｄ３／Ｄ１≦９．０
を満足すれば、好ましい。
【００２２】
上記第２の放電ランプにおいて、電極の間隔が２ｍｍ以下であり、電極軸の外径をＤ１、円筒状導体の外径をＤ２、前記円筒状導体の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０
Ｄ３／Ｄ１≦９．０
を満足すれば、好ましい。
【００２３】
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、放電媒体は、水銀と希ガスであるのが、好ましい。
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、電極に交流電圧を印加して点灯させるものであるのが、好ましい。
【００２４】
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、電極に直流電圧を印加して点灯させるとともに、駆動時間や点灯回数に応じて電圧の極性を反転するものであるのが、好ましい。
【００２５】
本発明によれば、始動性に優れ、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
本発明の第１の光源装置は、上記第１〜第３のいずれかの放電ランプと、前記放電ランプから放射される光を所定の方向に反射する凹面鏡とを備えるものである。
【００２６】
本発明の第２の光源装置は、上記第１〜第３の放電ランプと、前記放電ランプから放射される光を所定の方向に反射する凹面鏡と、を備え、前記凹面鏡は反射光が出射する開口部と、前記開口部の反対側に設けられたランプ挿入部を有し、前記放電ランプは一端を前記ランプ挿入部に挿入するとともに、一対の電極間に形成される発光領域の中心が前記凹面鏡の短い側の焦点とおよそ一致するように配置され、前記発光領域の中心から放射され凹面鏡の有効反射面内に入射する光線が前記放電ランプの電極によって遮光されないことを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を図面を参照して述べる。
図１ａ、図１ｂは、本発明の放電ランプにおける第１の実施形態を示す構成例である。図１ｂは、図１ａに示す電極部分の拡大断面図である。
【００２８】
１０は発光管、１１、１２は封止部、１３、１４は金属箔、１５、１６は電極、１７、１８は放熱導体としてのコイル、１９、２０は外部導線、２１、２２は放電媒体としての水銀及びアルゴンガス、３１は本発明の放電ランプである。
【００２９】
発光管１０は、外形１５ｍｍ、最大肉厚３ｍｍの透明石英ガラスであり、内部に球形または楕円形の放電空間が形成される。透明石英ガラスは耐熱性に優れ、動作温度が極めて高温となる放電ランプには適した材料である。また、光の透過率が高いという利点もある。他に、サファイアガラス等の高熱伝導率材料を用いることができる。熱伝導率が高いと、発光管１０の温度分布が均一になり、発光特性が安定するとともに、発光管１０の冷却が容易になるという利点がある。
【００３０】
発光管１０の両端には、封止部１１、１２が設けられる。封止部１１、１２は、発光管１０と同様の透明石英ガラスである。封止部１１、１２には、それぞれ幅３．５ｍｍ×長さ１６ｍｍの金属箔１３、１４が封着されている。金属箔１３、１４は、高融点金属のモリブデンを用いている。
【００３１】
電極１５、１６は、一端がそれぞれ金属箔１３、１４に接続され、他端が発光管１０内に２．０ｍｍの距離を隔てて対向配置されている。図１ｂに示すように、電極１５は電極軸１５ａと、それよりも太径で一体的に形成された放電部１５ｂで構成される。電極１５の材料には、純タングステンが用いられている。電極１５は、円柱状の電極材料を削り出すことによって容易に得ることができる。また、モリブデン、カーボン、セラミック等からなる成形型を用いて、所定の形状の電極１５を成形しても良い。電極軸１５ａと放電部１５ｂの外径は、それぞれ１．０ｍｍと３．０ｍｍである。放電部１５ｂの軸芯方向の長さは、１．８ｍｍとしている。放電部１５ｂの後方には、電極軸１５ａを取り巻くようにコイル１７が巻回している。コイル１７は、線径が０．５ｍｍの純タングステンである。コイル１７は、例えば、スポット溶接等により電極軸１５ａに固定すればよい。電極１６についても同様に、電極軸１６ａと、それよりも太径の放電部１６ｂで構成され、放電部１６ｂの後方に電極軸１６ａを取り巻くようにコイル１８が巻回している。
【００３２】
外部導線１９、２０は、一端がそれぞれ金属箔１３、１４に接続され、他端が封止部１１、１２の外部に突出している。外部導線１９、２０には、金属箔１３、１４と同様、モリブデンが用いられる。外部導線１９、２０に所定の電圧を加えることにより、電極１５、１６間にアーク放電が発生し、放電媒体である水銀２１の蒸発とともに水銀２１固有の発光を得ることができる。また、希ガスとしてアルゴンガス２２を所定の圧力で封入し、ランプの始動性を改善している。
【００３３】
希ガスには、アルゴンガスの他にキセノンガス等の不活性ガスを用いてもよく、始動性を改善できる。また、上記希ガスとともに、所定量のハロゲンガス、例えば、沃素、臭素、塩素などを封入しておけばよい。これらのハロゲンガスは、電極材料のタングステンと結合してハロゲンサイクルを生じ、点灯中のタングステンの飛散による発光管内壁の黒化を防止するため、ランプの寿命が向上する。
【００３４】
電極１５、１６を用いて放電ランプ３１を構成すれば、アーク放電による発光部が、太径の放電部１５ｂ、１６ｂ間に形成される。放電部１５ｂ、１６ｂは、熱容量が大きく、熱伝導性が良いので、比較的大きな電流が流れた場合であっても電極１５、１６の過剰昇温を抑制する効果がある。これにより、電極１５、１６の変形や電極物質の蒸発が大幅に抑制され、ランプ寿命が改善される。コイル１７、１８は、電極軸１５ａ、１６ａの放熱性を高めて過剰昇温を抑制し、この部分の細りや折れを防止している。また、図１７の電極のようにアークスポットが不安定になることが無く、安定した発光を得ることができる。更に、電極１５、１６とコイル１７、１８とを一体的溶融せず、別体であるので、放電部１５ｂ、１６ｂとコイル１７、１８との熱伝導性は低い。また、放電部１５ｂ、１６ｂの熱容量が大きくなりすぎないように、その形状を適切に設定してあるので、放電部１５ｂ、１６ｂが過剰冷却されることもなく、熱電子の放出が可能な温度まで容易に上昇することができ、図１９、図２０の電極を用いた場合と比べて、始動性が大幅に改善される。
【００３５】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端に一体的に形成された電極軸よりも外径の太い放電部とで構成された電極を用い、放電部の後方に電極軸を取り囲む放熱導体を備えることにより、始動性に優れ、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００３６】
図２ａ、図２ｂは、本発明の放電ランプにおける第２の実施形態を示す構成例である。尚、図２ｂは、図２ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ５１において、電極４１、４２以外の構成は、図１ａに示したものと同様である。図１ａと異なるのは、電極４１を構成する太径の放電部４１ｂにおいて、先端がテーパ４１ｃ状となっている点である。テーパ４１ｃは、電極軸４１ａに対して４５゜の角度で形成され、放電部４１ｂの先端は直径１．０ｍｍの円形断面になっている。電極４２についても、電極４１と同様に、電極４２ａに対して４５゜の角度でテーパ４２ｃが形成されている。
【００３７】
本実施の形態は、図１ａ，図１ｂの実施例で得られる効果に加えて、更に、以下の効果が得られる。放電部４１ｂ、４２ｂの先端にテーパ４１ｃ、４２ｃを設けて先端径φを小さくすることにより、電子放射性が高まり、図１ａ，図１ｂに示したものに比べて、更に、始動性が改善される。同時に、ランプが安定状態に達するまでの立ち上がり時間も大幅に改善される。また、熱電子放出は主に放電部４１ｂ、４２ｂの先端から生じるので、テーパ４１ｃ、４２ｃが無い場合と比べてアークの径方向の幅が小さくなり、発光部の輝度が高くなる、という利点がある。また、放電部４１ｂ、４２ｂの先端径φが小さいので、放電部４１ｂ、４２ｂの先端でアークスポットが移動する、いわゆる輝点移動が発生し難くなり、点灯時のアーク安定性が向上する。更に、発光部からの放射光が太径の放電部４１ｂ、４２ｂで遮光される範囲を小さくできるので、放射光を効率良く利用することが可能になる。さらに、図２０に示した従来電極に比べて先端部の加工がし易く、歩留まりが向上する。
【００３８】
本発明の十分な効果を得るためには、以下の条件式を満足すればよい。
φ／Ｌ≦０．６ （数式１）
２０゜≦θ≦６０゜（数式２）
ただし、Ｌは発光管１０内における電極４１、４２の間隔、φは放電部４１ｂ、４２ｂの先端の直径、θはテーパ４１ｃ、４２ｃが電極軸４１ａ、４２ａとなす角、である。
【００３９】
数式１において、φ／Ｌが上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、放電部４１ｂ、４２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００４０】
数式２において、θが下限値より小さくなると、放電部４１ｂ、４２ｂの先端が細くなりすぎるため、電極４１、４２が劣化し易くなるので好ましくない。また、上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、放電部４１ｂ、４２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００４１】
電極は、図３に示すように放電部の先端が球状となっている電極４５であっても良い。この場合、数式１における放電部４５ｂの先端の直径φは、球の外周４６とテーパ４５ｃとの接点間距離で定義すればよい。
【００４２】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端に一体的に形成され電極軸よりも外径が太くテーパが設けられた放電部と、で構成された電極を用い、放電部の後方に電極軸を取り囲む放熱導体を備えることにより、作製が容易で、不安定な放電を誘発することなく、始動性と点灯時の立ち上がり性能に優れ、放射光を効率良く利用でき、短アークであっても寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００４３】
図４ａ、図４ｂは、本発明の放電ランプにおける第３の実施形態を示す構成例である。尚、図４ｂは、図４ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ７１において、電極６１、６２以外の構成は、図１ａに示したものと同様である。図１ａと異なるのは、電極６１が、電極軸６１ａとその先端部に設けられた円筒状導体６１ｂと、で構成されている点である。電極軸６１ａは外径１．０ｍｍの純タングステンである。円筒状導体６１ｂは、外径３．０ｍｍである。円筒状導体６１ｂの軸芯方向の長さは１．８ｍｍで純タングステンであり、電極軸６１ａの先端部に嵌め込まれている。円筒状導体６１ｂは、例えば、スポット溶接等により電極軸６１ａに固定することができる。電極６２についても、電極６１と同様に、その先端部に円筒状導体６２ｂが設けられる。
【００４４】
電極軸６１ａ、６２ａで発生する熱は、円筒状導体６１ｂ、６２ｂを通じて放熱される。円筒状導体６１ｂ、６２ｂは、電極軸６１ａ、６２ａとの接触性がよく、熱伝導性も高いので、最も高温になる電極軸６１ａ、６２ａの先端部が効率よく放熱される。図１ｂに示した電極に比べて先端の太径部を別体で構成しているので、この部分を削り出しで形成する必要が無く、より容易に作製できる、という利点がある。
【００４５】
円筒状導体６１ｂの後方にコイル６５等の放熱導体を配置することによって、電極軸６１ａの後方に伝わる熱を効率良く放熱できるので、電極軸６１ａの細りや折れを防止することができる。電極６２についても同様である。
【００４６】
また、図４ａ，図４ｂでは、電極軸６１ａ、６２ａの端面と円筒状導体６１ｂ、６２ｂの端面とが面一になるように配置しているが、電極軸６１ａ、６２ａの先端が円筒状導体６１ｂ、６２の端面から僅かに突き出るように嵌め込んでも良い。
【００４７】
図５に示す電極６６のように、電極軸６６ａの先端から遠い側の内周部に、内側に切り欠かかれたテーパ６７を設けた円筒状導体６６ｂを用いても良い。テーパ６７は、円筒状導体６６ｂの表面積を大きくして放熱性をより高める効果がある。同時に、テーパ６７の角度ηを調整し、電極軸６６ａと円筒状導体６６ｂとの接触面積を適切に設定すれば、始動性をより改善することができる。円筒状導体６６ｂの後方にコイル６５等の放熱導体を設けることもできる。電極６２についても同様である。
【００４８】
更に、図６に示すように、内周部が貫通していない円筒状導体６８ｂを電極軸６８ａの先端部に嵌め込んだ電極６８を用いても同様の効果が得られる。コイル６５等の放熱導体や、図５と同様な内周部のテーパを設けることもできる。
【００４９】
但し、本発明は、図４、図５、図６では、コイル６５等の放熱導体を配置しているが、このコイル６５を設けないものであってもよい。
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端部に嵌め込まれた円筒状導体と、で構成される電極を用いることにより、作製が容易で、不安定な放電を誘発することなく、始動性に優れ、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００５０】
図７ａ、図７ｂは、本発明の放電ランプにおける第４の実施形態を示す構成例である。尚、図７ｂは、図７ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ９１において、電極８１、８２以外の構成は、図４ａに示したものと同様である。図４ａと異なるのは、電極８１を構成する円筒状導体８１ｂの先端がテーパ８１ｃ状である点である。テーパ８１ｃは、電極８１の軸線に対して４５゜の角度で形成され、円筒状導体８１ｂの先端の外径は１．０ｍｍで電極軸８１ａの外径と等しくなっている。電極８２についても、電極８１と同様に円柱状導体８２ｂにテーパ８２ｃが形成される。円筒状導体８１ｂの後方にコイル８５等の放熱導体を配置することによって、電極軸８１ａの後方に伝わる熱を効率良く放熱できるので、電極軸８１ａの細りや折れを防止することができる。電極８２についても同様である。
【００５１】
但し、本実施の形態は、コイル８５等の放熱導体を配置しているが、このコイル８５を設けないものであってもよい。
本実施の形態は、図４で得られる効果に加えて、始動性や立ち上がり時間がより改善される。同時に、発光部の輝度が高くなる、という利点がある。また、輝点移動が発生し難くなり、点灯時のアーク安定性が向上する。更に、発光部からの放射光が円筒状導体８１ｂ、８２ｂで遮光される領域が小さいので、放射光を効率良く利用することが可能になる。
【００５２】
本発明の十分な効果を得るためには、以下の条件式を満足すればよい。
φ／Ｌ≦０．６ （数式３）
２０゜≦θ≦６０゜（数式４）
ただし、Ｌは発光管１０内における電極８１、８２の間隔、φは円筒状導体８１ｂ、８２ｂにおける電極軸８１ａ、８２ａの先端に近い端面の外径、θはテーパ８１ｃ、８２ｃが電極８１、８２となす角、である。
【００５３】
数式３において、φ／Ｌが上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、円筒状導体８１ｂ、８２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００５４】
数式４において、θが下限値より小さくなると、円筒状導体８１ｂ、８２ｂの先端が細くなりすぎるため、電極８１、８２が劣化し易くなるので好ましくない。また、上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、円筒状導体８１ｂ、８２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００５５】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端部近傍を取り囲み、電極軸の先端側の外径部がテーパ状である円筒状導体と、で構成される電極を用いることにより、作製が容易で、不安定な放電を誘発することなく、始動性と点灯時の立ち上がり性能に優れ、放射光を効率良く利用でき、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００５６】
図８ａ、図８ｂは、本発明の放電ランプにおける第５の実施形態を示す構成例である。尚、図８ｂは、図８ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ１２１は、交流点灯の超高圧水銀ランプである。超高圧水銀ランプは、小型で、発光部の輝度が高く、投写型表示装置に広く用いられている。一般に、この種のランプは、主に水平点灯で使用される。
【００５７】
発光管１０１は、外径１２ｍｍ、最大肉厚２．５ｍｍの石英ガラスであり、封止部１０２、１０３には幅２．５ｍｍ×長さ２０ｍｍのモリブデン箔１０４、１０５が封設されている。モリブデン箔１０４、１０５に接続された純タングステン製の電極１０６、１０７は、発光管１０１内で１．５ｍｍの距離を隔てて対向配置される。発光管１０１内には、１７０ｍｇ／ｃｃの水銀と、２００ｍｂのアルゴンガスと、ごく微量の臭素が封入されている。臭素は、ハロゲンサイクルによって電極１０６、１０７から蒸発したタングステンによる発光管１０１内壁の黒化を抑制し、ランプ１２１の寿命を改善する働きがある。
【００５８】
モリブデン箔１０４、１０５に接続された外部導線１０８、１０９に所定の周波数の交流電圧を印加することにより、水銀１１０の発光を得ることができる。ランプ１２１の安定時の電力は、２００Ｗに設定している。
【００５９】
電極１０６は、電極軸１０６ａとそれよりも太径の放電部１０６ｂで構成される。電極軸１０６ａの直径は０.５ｍｍである。放電部１０６ｂは、外径１．８ｍｍ、先端の直径０．３ｍｍ、電芯方向の長さ２．５ｍｍ、テーパ角３０゜である。放電部１０６ｂの後方にコイル１１２等の放熱導体を配置することによって、電極軸１０６ａの後方に伝わる熱を効率良く放熱できるので、電極軸１０６ａの細りや折れを防止することができる。電極１０７についても同様の構成である。
【００６０】
但し、本実施の形態は、コイル１１２等の放熱導体を配置しているが、このコイル１１２を設けないものであってもよい。
電極１０６、１０７間の距離は１．５ｍｍと短く、この間には非常に高輝度の発光部が形成される。電極１０６、１０７を用いて放電ランプ１２１を構成すれば、発光部が高輝度で、電極１０６、１０７の発熱が非常に大きい場合であっても、電極劣化が抑制され、ランプを長寿命化できる。また、放電部１０６ｂ、１０６ｂの形状が適切に設定されているので、始動性が良く、立ち上がり時間が早く、点灯時のアーク安定性も良い。更に、発光部からの放射光に対する電極１０６、１０７の遮光領域を小さくできるので、放射光を効率良く利用できる。
【００６１】
図９は、図８に示した放電ランプについて、テーパ１０６ｃ、１０７ｃの角度と、ランプの立ち上がり時間との関係を示したもので、横軸は点灯後の経過時間、縦軸は光出力である。縦軸の光出力は、各ランプの電力安定時の光出力を１．０とした場合の相対値で示している。図１４の従来の電極を用いた場合と比べて、本発明の放電ランプは、立ち上がり時間が大幅に短縮される。テーパ１０６ｃ，１０７ｃの角度が大きいほど、立ち上がり時間は長くなり、テーパ１０６ｃ、１０７ｃの角が２０°〜６０°の範囲において、良好な立ち上がり性能が得られる。
【００６２】
本発明の十分な効果を得るためには、以下の条件式を満足すればよい。
φ／Ｌ≦０．６ （数式５）
２０゜≦θ≦６０゜（数式６）
ただし、Ｌは発光管内における電極の間隔、φは放電部の先端の直径、θはテーパが電極軸となす角、である。
【００６３】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸よりも太径の放電部を有する電極を用いて、その形状を適切に設定することにより、超高圧水銀ランプ等の電極負荷の大きい放電ランプを交流点灯する場合であっても、不安定な放電を誘発することなく、始動性や立ち上がり性能に優れ、光利用効率が高く、短アークであっても寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００６４】
なお、上記放電ランプの実施形態１又は２又は５において、電極の間隔を２ｍｍ以下とし、電極軸の外径をＤ１、放電部の外径をＤ２、前記放電部の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０ （数式７）
Ｄ３／Ｄ１≦９．０ （数式８）
を満足すれば好ましい。
【００６５】
また、実施形態３又は４において、電極の間隔を２ｍｍ以下とし、電極軸の外径をＤ１、円筒状導体の外径をＤ２、円筒状導体の電極軸方向の長さをＤ３、とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０ （数式９）
Ｄ３／Ｄ１≦９．０ （数式１０）
を満足すれば好ましい。
【００６６】
いずれの場合についても、Ｄ１は、電極に流れる電流値に応じておよそ決められるので、放電部の形状を電流値に応じて最適に設定することができ、始動性がより改善される。
【００６７】
また、実施形態１〜４において、放電媒体は水銀と希ガス以外に、例えば、ハロゲン化金属を封入したものであっても良い。
放電ランプは、直流点灯、交流点灯のいずれであっても良い。従来性能と比較する場合は、交流点灯の方が始動性やアーク安定性に関してより大きな効果を得ることができる。また、直流点灯する場合には、点灯時間や点灯回数に応じて入力電圧の極性を反転すればよい。例えば、１００時間点灯毎に極性を反転させれば、電極の劣化が片側の電極に偏ることがないので、発光部の対象性が良くなるとともに、ランプ寿命が向上する。
【００６８】
また、実施形態１〜５において、電極材料のタングステンは、カリウム、シリコン、アルミニウム、等の不純物の含有量がより少ない方が良い。これらの不純物は、臭素等のハロゲンと反応してハロゲンサイクルを阻害するので、ランプ寿命が低下する。また、不純物が多いとタングステンの融点が低下するので電極が劣化しやすくなる。それ故、これらの含有量はそれぞれ１０ｐｐｍ以下であれば好ましい。
【００６９】
電極材料は、純タングステン以外のものを用いても良い。例えば、ランプの始動性を改善するために、タングステンにトリウム等のドープ材を添加したものを用いても良い。
【００７０】
放熱導体は、コイル状であることに限定しない。例えば、電極軸を取り囲む円筒形状の金属導体であっても良く、同様に、電極軸の放熱性を向上することができる。
【００７１】
放熱導体と放電部は、接触又は非接触のいずれであっても良い。電極と放熱導体とが完全に別体のものであれば、良好な始動性能が得られる。
主電極と放熱導体は、異なる材質のものを用いてもよい。例えば、主電極は融点の極めて高い純タングステンとし、放電導体はコイルの形成のし易さを考慮してカリウムなどのドープ材が比較的多く含まれたタングステンとする等、始動性、放熱性、加工性等を考慮して、用途に応じて最適なものを選択すればよい。
【００７２】
放電ランプは対象形状として説明したが、封止部や金属箔の長さが異なるものや、一対の電極がいずれかの方向に偏って配置されたものであっても良い。
図１０は、本発明の光源装置における第１の実施形態を示す構成例である。図１０において１３１はランプ、１３２は凹面鏡、１３３は本発明の光源装置である。
【００７３】
ランプ１３１は、図１ａに示した放電ランプと同一であり、一方の封止部１３４に保持手段である口金１３５が設けられている。この口金１３５は、封止部１３４との隙間に耐熱性接着剤１３６を充填して固定される。口金１３５が設けられた側の封止部１３４は、凹面鏡１３２のランプ挿入部１３７に挿入され、耐熱性接着剤１３６を充填して固定される。口金１３５は熱伝導率の良好な真鍮などが好ましい。また、口金の代わりにセラミックやガラス性の放電ランプ保持部材を用いてもよい。口金１３５を設けることにより、先端の熱容量、表面積が増大し、発光管からの熱伝導による温度上昇が緩和される。それゆえ、金属箔を短くすることが可能で、ランプ全体を短くすることができる。
【００７４】
凹面鏡１３２は、放物面鏡や楕円面鏡が用いられる。凹面鏡１３２の内面には、誘電体多層膜による反射コーティング１３８が形成されており、ランプ１３１の放射する光を高い反射率で所定の方向に反射する。この凹面鏡１３２は、ランプ１３１の発光部に対する立体角が大きいので、集光率を高くできる利点がある。
【００７５】
延長用導線１３９は、一端が外部導線１４０に接続され、他端が凹面鏡１３２の導線取り出し穴１４１から凹面鏡１３２の外部に取り出される。延長用導線１３９と外部導線１４２との間に所定の電圧を加えることによりランプ１３１を始動することができる。
【００７６】
上述のように、ランプ１３１はアークの安定性が良いので、ちらつきが少なく、明るさの安定した照明光束を得ることができる。
ランプとして、図２ａ、図４ａ、図７ａ、図８ａに示した本発明の放電ランプを用いても同様の効果を得ることができる。
【００７７】
以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプと凹面鏡を一体化した光源装置において、本発明の放電ランプを用いることにより、始動性が良く、明るさの安定した照明光束が得られる光源装置を実現できる。
【００７８】
図１１は、本発明の光源装置における第２の実施形態を示す構成例である。図１１において１５１はランプ、１５２は凹面鏡、１５３は前面ガラス、１５４は本発明の光源装置、である。
【００７９】
ランプ１５１は、図２ａに示した放電ランプと同様の構成である。凹面鏡１５２は、楕円面鏡や放物面鏡が用いられる。ランプ１５１は、口金１６２が取り付けられた側をランプ挿入部１６３に挿入し、電極１５５、１５６間に形成される発光部の中心が凹面鏡の第１焦点１５７とおよそ一致するように配置され、耐熱性接着剤１５８で固定される。
【００８０】
前面ガラス１５３は、耐熱性、透光性に優れたパイレックスガラスが用いられ、シリコン系の接着剤１５９で凹面鏡１５２の出射側開口部に固定されている。前面ガラス１５３の入射面には、紫外光を反射し、可視光を透過するコーティング１６０が設けられ、ランプ１５１の放射光で有害な紫外光が、外部に漏れないようにしている。凹面鏡１５２の出射側開口部に前面ガラス１５３を設けることにより、凹面鏡１５２の内部に実質上の密閉空間が形成されるので、ランプ１５１が破損した場合であっても、その破片が外部に飛散することがなく、光源装置１５４の安全性が向上する。
【００８１】
凹面鏡１５２の内面には、誘電体多層膜により形成された反射コーティング１６１が施されている。ここで、ランプ１５１の発光部の中心、具体的には電極１５５、１５６間の中心から放射され、凹面鏡１５２の有効反射面に入射する光の集光範囲をαとする。ランプ１５１は、電極１５５、１５６の先端をテーパ状にしているので、集光範囲α内の放射光が電極１５５、１５６によって遮光されることがない。従って、ランプ１５１の放射光を有効に利用することができ、光利用効率が向上する、という利点がある。
【００８２】
集光範囲αは凹面鏡１５２の形状によって異なるので、電極１５５、１５６のテーパ角θと先端部の直径φが数式１、数式２を満たすように、適切に設定すればよい。
【００８３】
ランプ１５１は、図７ａ、図８ａに示す放電ランプを用いても同様の効果が得られる。その場合、数式３と数式４、又は数式５と数式６を満たすように、電極形状を決めれば良い。
【００８４】
以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプと凹面鏡を一体化した光源装置において、本発明の放電ランプを用いることにより、始動性が良く、明るさの安定した照明光束が得られ、光利用効率の高い光源装置を実現できる。
【００８５】
図１２は、本発明の光源装置における第３の実施形態を示す構成例である。図１２において１７０は放電ランプ、１８１は凹面鏡、である。
放電ランプ１７０は、短い金属箔１７３を封設した封止部１７１を凹面鏡１８１の挿入穴１８２に挿入し、凹面鏡１８１の焦点位置１８７とランプ１７０の電極１７５、１７６間の中心がおよそ一致するように位置調整し、接着剤１８５で固定される。接着剤１８５には、スミセラム等の無機質耐熱性接着剤を用いる。
【００８６】
延長導線１８６は、一端を放電ランプ１７０の外部導線１７８に接続し、他端を凹面鏡１８１の導線取り出し穴１８３から外部へ引き出す。導線取り出し穴１８３と延長導線１８６との隙間は、接着剤１８５を充填しておく。
【００８７】
延長導線１８６と外部導線１７７に所定の電圧を加えることにより、電極１７５、１７６間にアーク放電が発生し、放電媒体である水銀１７０ａの蒸発とともに水銀１７０ａ固有の発光を得ることができる。
【００８８】
凹面鏡１８１は楕円面であり、第1焦点Ｆ１は１５ｍｍ、第２焦点Ｆ２（図示せず）は１４０ｍｍである。一般に、楕円面は２つの楕円軸（長軸と短軸）を有する。長軸と短軸の長さは、それぞれ以下の式で表すことができる。
長軸の長さ ＝ ｆ１＋ｆ２ （数式１１）
短軸の長さ ＝ ２×（ｆ１×ｆ２）1/2 （数式１２）
第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を含む楕円軸が長軸であり、これに垂直な楕円軸が短軸である。図１２の楕円面鏡の長軸と短軸の長さは、それぞれ１５５ｍｍ、９１．７ｍｍである。楕円面鏡の場合、金属箔１７４を長くしすぎると第２焦点、すなわち集光位置により近くなるため、金属箔１７４の温度は逆に上昇してしまう。それ故、金属箔１７４の長さは、楕円面のランプ挿入部１８２側頂点から、長い金属箔１７４の凹面鏡開口部側の端部までの距離が、楕円面の長軸長さの１／２以下となるように設定している。
【００８９】
凹面鏡１８１の内面は、誘電体多層膜による反射コーティング１８４が施され、放電ランプ１７０の電極１７５、１７６間から放射される光を所定の方向に効率よく反射する。
【００９０】
凹面鏡は楕円面鏡に限らず、放物面鏡などを用いても良いが、楕円面鏡の方がランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。
図１２によれば、放電ランプ１７０の短い金属箔１７３を封設した封止部１７１を凹面鏡１８１の挿入穴１８２に固定するので、挿入穴１８２から後方へのランプ突出量が小さくなり、光源装置を小型化することができる。封止部１７１は、凹面鏡１８１と接触することで十分な熱容量と表面積が得られる。従って、発光管１７０からの熱伝導による温度上昇が抑制でき、短い金属箔１７３を封設しても酸化によって断線することはない。一方、凹面鏡の開口部側の封止部１７２には、金属箔１７３よりも長く、充分な長さの金属箔１７４が封設されているので、酸化によって断線することはない。
【００９１】
放電ランプ１７０は、封止部１７１に口金等を設けたものであってもよい。
以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプの短い金属箔を封設した封止部を凹面鏡と固定することにより、信頼性が高く、コンパクトな光源装置が構成できる。
【００９２】
図１３は、本発明の光源装置における第４の実施形態を示す構成例である。図１３において、１９１は透光性の密閉手段としての前面ガラス、１９２は窒素ガスであり、その他の構成は図１２と同一である。
【００９３】
前面ガラス１９１は、耐熱性に優れ、比較的安価なパイレックスガラスであり、シリコン樹脂等の接着剤１９３により凹面鏡１８１の反射光出射側の開口部に固定する。前面ガラス１９１を設けることにより、凹面鏡１８１の内側に密閉空間が形成され、放電ランプ１７０が点灯中に破損した場合であっても、破片が外部に飛散するのを防止できる。
【００９４】
前面ガラス１９１の光線入射側または光線出射側の少なくともいずれか一方の平面に、紫外線と赤外線を取り除くための反射コーティングを施せば良い。これにより、紫外線と赤外線が外部に出射するのを防止できる。また、少なくともいずれか一方の平面に反射防止コーティングを施せば、放電ランプ１７０の放射光を効率よく出射させることができる。
【００９５】
凹面鏡１８１の内側に形成した密閉空間には、窒素ガス１９２を封入する。窒素ガス１９２の封入は、例えば、放電ランプ１７０を固定した後の凹面鏡１８１と前面ガラス１９１の接着作業を、窒素ガス１９２で満たされたグローブボックス内で行えばよい。窒素ガス１９２の代わりに、アルゴンガス等の不活性ガスを用いてもよい。
【００９６】
図１３によれば、凹面鏡１８１の内部に形成される密閉空間内に窒素ガス１９２を充填するので、凹面鏡１８１の開口部側の金属箔１７４の酸化を防止することができる。
【００９７】
凹面鏡１８１は、楕円面鏡や方物面鏡等を用いれば良いが、楕円面鏡はランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。また、凹面鏡１８１の光軸方向深さを深くできるので、前面ガラス１９１を配置して密閉構造を形成する場合に適している。
【００９８】
放電ランプ１７０は、封止部１７１に口金等を設けたものであってもよい。
本実施の形態では、放電ランプとして金属箔の長さが異なるランプを用いた例を示したが、金属箔の長さに関係なく、上記効果を得ることができる。
【００９９】
以上のように、本発明によれば、前面ガラス１９１を用いて凹面鏡１８１の内部に密閉空間を形成し、密閉空間内に窒素ガス１９２などの不活性ガスを封入することにより、金属箔の酸化が防止され、信頼性の高い光源装置が構成できる。
【０１００】
図１４は、本発明の光源装置における第５の実施形態を示す構成例である。図１４において、２０１はアルゴンガスであり、その他の構成は、図１３の実施の形態と同一である。
【０１０１】
図１３の実施の形態と異なる点は、凹面鏡１８１内部の密閉空間に３０気圧のアルゴンガス２０１を封入している点である。一般に、放電ランプは点灯動作時の発光管内圧力が極めて高く、発光管外部との圧力差が極めて大きくなるため、発光管が破損する危険性がある。
【０１０２】
図１４によれば、放電ランプ１７０の点灯動作時の発光管内圧力は１０ＭＰａ（メガパスカル）程度となるが、密閉空間内に３０気圧のアルゴンガス２０１を封入しているので、発光管内部と外部との圧力差が小さくなり、発光管の破損に対する危険性が大幅に緩和される。また、図１３による効果と同様、アルゴンガスは金属箔１７４の酸化を防止するので、金属箔の断線がなくなり、光源装置の信頼性が向上する。
【０１０３】
凹面鏡１８１は、楕円面鏡や方物面鏡等を用いれば良いが、楕円面鏡はランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。また、凹面鏡１８１の光軸方向深さを深くできるので、前面ガラス１９１を配置して密閉構造を形成する場合に適している。
【０１０４】
アルゴンガスの代わりに、窒素などの不活性ガスを所定の圧力で封入しても良く、同様の効果が得られる。また、空気を所定の圧力で封入した場合であっても、酸化防止効果は無くなるが、発光管の破損に対する危険性は大幅に緩和できる。
【０１０５】
封入する気体の圧力は、１気圧以上で、かつ放電ランプの点灯時における発光管内圧力以下であればよい。
放電ランプ１７０は、封止部１７１に口金等を設けたものであってもよい。
【０１０６】
本実施の形態では、放電ランプとして金属箔の長さが異なるランプを用いた例を示したが、金属箔の長さに関係なく、上記効果を得ることができる。
以上のように、本発明によれば、前面ガラスを用いて凹面鏡の内部に密閉空間を形成し、密閉空間内に１気圧以上かつ点灯時の発光管内圧力以下の気体を封入することにより、発光管の破裂を抑制し、信頼性の高い光源装置が構成できる。
【０１０７】
図１５は、本発明の光源装置における第６の実施形態を示す構成例である。図１５において２１０は放電ランプ、２２１は凹面鏡、である。
放電ランプ２１０は、交流点灯の超高圧水銀ランプであり、点灯中の動作圧は１０ＭＰａ（メガパスカル）以上である。それ故、破損時のガラス片の飛散防止のために、凹面鏡の開口部に前面ガラスが設けられている。放電ランプ２１０は、短い金属箔２１３を封設した封止部２１１を凹面鏡２２１の挿入穴２２２に挿入し、凹面鏡２２１の第１焦点２２７とランプ２１０の電極２１５、２１６間の中心がおよそ一致するように位置調整し、接着剤２２５で固定される。接着剤２２５には、スミセラム等の無機質耐熱性接着剤を用いる。
【０１０８】
延長導線２２６は、一端を放電ランプ２１０の外部導線２１８に接続し、他端を凹面鏡２２１の導線取り出し穴２２３から外部へ引き出す。導線取り出し穴２２３と延長導線２２６との隙間は、接着剤２２５を充填しておく。
【０１０９】
延長導線２２６と外部導線２１７に所定の電圧を加えることにより、電極２１５、２１６間にアーク放電が発生し、放電媒体である水銀２１０ａの蒸発とともに水銀２１０ａ固有の発光を得ることができる。
凹面鏡は楕円面鏡であり、上述の実施の形態３（図１２）と同様、金属箔２１４の長さは、楕円面のランプ挿入部２２２側頂点から、長い金属箔２１４の凹面鏡開口部側の端部までの距離が、楕円面の長軸長さの１／２以下となるように設定している。
【０１１０】
凹面鏡２２１の内面は、誘電体多層膜による反射コーティング２２４が施され、放電ランプ２１０の電極２１５、２１６間から放射される光を所定の方向に効率よく反射する。
【０１１１】
図１５によれば、放電ランプ２１０の短い金属箔２１３を封設した封止部２１１を凹面鏡２２１の挿入穴２２２に固定するので、挿入穴２２２から後方へのランプ突出量が小さくなり、光源装置を小型化することができる。封止部２１１は、凹面鏡２２１と接続することで十分な熱容量と表面積が得られる。従って、発光管からの熱伝導による温度上昇が抑制でき、短い金属箔２１３を封設しても酸化によって断線することはない。一方、凹面鏡２２１の開口部に前面ガラス２３１を配置すると、前面ガラス２３１を配置しない場合に比べて凹面鏡２２１内部の温度がより高くなるので、金属箔２１４の温度上昇が大きくなるが、凹面鏡の開口部側の封止部２１２には、金属箔２１３よりも充分な長さの金属箔２１４が封設されているので、酸化によって断線することはない。
【０１１２】
凹面鏡２２１は楕円面鏡に限らず、放物面鏡などを用いても良いが、楕円面鏡の方がランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。また、凹面鏡２２１の光軸方向深さを深くできるので、前面ガラスを配置して密閉構造を形成する場合に適している。
本実施の形態のように凹面鏡２２１のランプ挿入部２２２側の金属箔２１３を開口部側の金属箔２１４より短くすることは、光源の小型化を図る上で極めて有効な手段である。
【０１１３】
凹面鏡の内部は、完全密閉である必要はなく、凹面鏡あるいは前面ガラスの一部に放電ランプや凹面鏡を冷却するための通風口を設けてあってもよい。
放電ランプ２１０は、封止部２１１に口金等を設けたものであってもよい。以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプの短い金属箔を封設した封止部を凹面鏡と固定することにより、信頼性が高く、コンパクトな光源装置が構成できる。
【０１１４】
図１６は、本発明の投写型表示装置における実施形態を示す構成例である。図１６において、２４０は光源、２４１はＵＶ−ＩＲカットフィルタ、２４２はフィールドレンズ、２４３は液晶パネル、２４４は投写レンズである。
【０１１５】
光源２４０は、図１５に示した光源装置と同一であり、具体的な構成についての説明は省略する。
光源２４０から出射する光は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２４１により紫外線と赤外線成分が取り除かれ、フィールドレンズ２４２を透過した後、液晶パネル２４３に入射する。フィールドレンズ２４２は、液晶パネル２４３を照明する光を投写レンズ２４４に集光する。液晶パネル２４３は、映像信号に応じて入射光の透過率を変調し、液晶パネル２４３上に光学像を形成する。液晶パネル２４３を透過した光は、投写レンズ２４４に入射し、投写レンズ２４４は液晶パネル２４３上の光学像をスクリーン（図示せず）上に拡大投影する。
【０１１６】
図１６によれば、光源２４０に図１５に示す光源装置を用いているので、投写型表示装置の信頼性が向上するとともに、装置全体を小型化できる。
本実施の形態では、光源２４０に図１５に示す光源装置を用いた例を示したが、図１０〜図１４のいずれかに示す光源装置を用いても信頼性の向上、装置の小型化といった効果が得られる。特に、図１１の光源装置を用いれば、ランプの放射光をより効率良く集光することができるので、投写型表示装置の高輝度化を図ることができる。
【０１１７】
光源２４０とフィールドレンズ２４２との間に、光源２４０の出射する光を液晶パネル２４３に効率良く、あるいは均一に導くための光学素子、例えば、レンズアレイや偏光変換素子等を配置しても良い。
【０１１８】
また、空間光変調素子として、偏光を利用した透過型の液晶パネルを一枚だけ用いた例を示したが、例えば、透過型の液晶パネルを３枚用いたもの、散乱を利用した液晶パネルや、回折、反射などの変化として映像信号に応じた光学像を形成する空間光変調素子を用いてもよい。光源によって照明される光を変調して光学像を形成するものであれば、同様の効果が得られる。
【０１１９】
また、透過型のスクリーンを用いて背面投写の投写型表示装置を構成してもよい。
以上のように、本発明によれば、光源によって液晶パネル等の空間光変調素子を照明し、空間光変調素子上の光学像を投影する投写型表示装置において、光源に本発明の光源装置を用いることにより、コンパクトで明るい投写型表示装置が構成できる。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明の放電ランプは、主に短アークであっても始動性、アークの安定性、及びランプ寿命を改善することができる。
【０１２１】
また、本発明の光源装置は、主に投写型表示装置に用いる場合に適した、コンパクトで、信頼性が高く、放電ランプの放射光を効率良く集光することができる。
【０１２２】
また、本発明の光源装置を用いれば、明るく、コンパクトで、信頼性の高い投写型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の放電ランプの第１の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第１の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図２】（ａ）は、本発明の放電ランプの第２の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第２の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図３】第２の実施形態の他の電極構造の拡大図である。
【図４】（ａ）は、本発明の放電ランプの第３の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第３の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図５】第３の実施形態の他の電極構造の拡大図である。
【図６】第３の実施形態の更に他の電極構造の拡大図である。
【図７】（ａ）は、本発明の放電ランプの第４の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第４の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図８】（ａ）は、本発明の放電ランプの第５の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第５の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図９】テーパ角と立ち上がり時間の関係を示す特性図である。
【図１０】本発明の光源装置の第１の実施形態を示す略構成図である。
【図１１】本発明の光源装置の第２の実施形態を示す略構成図である。
【図１２】本発明の光源装置の第３の実施形態を示す略構成図である。
【図１３】本発明の光源装置の第４の実施形態を示す略構成図である。
【図１４】本発明の光源装置の第５の実施形態を示す略構成図である。
【図１５】本発明の光源装置の第６の実施形態を示す略構成図である。
【図１６】本発明の投写型表示装置の実施形態を示す略構成図である。
【図１７】従来の放電ランプの構成を示す略構成図である。
【図１８】従来の放電ランプの電極構造を示す略構成図である。
【図１９】従来の放電ランプの他の電極構造を示す略構成図である。
【図２０】従来の放電ランプの更に他の電極構造を示す略構成図である。
【図２１】（ａ）は、従来の光源装置の構成を示す略構成図、（ｂ）は、図２１（ａ）の断面Ａの拡大断面図である。
【符号の説明】
１０、１０１、１７０ 発光管
１１、１２、１０２、１０３、１３４、１７１、１７２、２１１、２１２ 封止部
１３、１４、１７３、１７４、２１３、２１４ 金属箔
１５、１６、４１、４２、４５、６１、６２、６６、８１、８２、１０６、１０７、１５５、１５６、１７５、１７６、２１５、２１６ 電極
１５ａ、１６ａ、４１ａ、４２ａ、６１ａ、６２ａ、６６ａ、６８ａ、８１ａ、８２ａ、１０６ａ 電極軸
１５ｂ、１６ｂ、４１ｂ、４２ｂ、４５ｂ、１０６ｂ 放電部
１７、１８、６５、８５、１１２ 放熱導体
１９、２０、１０８、１４０、１４２、１７７、１７８、２１７、２１８ 外部導体
２１、２２ 放電媒体
３１、５１、７１、９１、１２１、１７０、２１０ 放電ランプ
４１ｃ、４２ｃ、４５ｃ、８１ｃ、８２ｃ、１０６ｃ、１０７ｃ テーパ
６１ｂ、６２ｂ、６６ｂ、６８ｂ、８１ｂ、８２ｂ 円筒状導体
６７ テーパ
１３２、１５２、１８１、２２１ 凹面鏡
１３５、１６２ 保持手段
１３７、１６３、１８２、２２２ ランプ挿入部
１５３、１９１、２３１ 透光性密閉手段
２４３ 空間光変調素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプと、放電ランプを用いて照明光を形成する光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプや超高圧水銀ランプに代表される小型の放電ランプは、投写型表示装置等の光源として広く利用されている。このような場合、放電ランプと凹面鏡とを組み合わせて光源装置を構成し、これを投写型表示装置の光源として利用するのが一般的である。
【０００３】
図１７は、従来の放電ランプの構成例を示す。放電ランプ３２１は主として、発光管３０１、封止部３０２、３０３、金属箔３０４、３０５、電極３０６、３０７、外部導線３０８、３０９、放電媒体３１０、３１１、３１２、から構成される。発光管３０１及び封止部３０２、３０３には石英ガラス、電極３０６、３０７にはタングステン、金属箔３０４、３０５にはモリブデン箔、外部導線３０８、３０９にはモリブデンが用いられる。また、放電媒体には、水銀３１０、ハロゲン化金属などの発光金属３１１とアルゴンなどの希ガス３１２が主に用いられる。
【０００４】
外部導線３０８、３０９に所定の電圧を印加することにより、電極３０６、３０７間にアーク放電が発生し、水銀３１０やハロゲン化金属３１１に固有の発光が得られる。アルゴンガス３１２は、始動性を改善するために用いられている。
【０００５】
この種の放電ランプは、電極間距離が極めて短く始動時に大電流が流れるため、電極変形や、電極物質の蒸発による黒化が発生し易く、長寿命化が困難である。これに対して、電極構造の工夫によりランプ寿命を改善した種々の放電ランプが開示されている（例えば、特開平７−１９２６８８、特開平１０−９２３７７）。図１８〜図２０は電極の構成例を示す拡大図である。
【０００６】
図１８は、電極３３０の先端にコイル３３１を設けて放熱性を向上し、先端部の過剰昇温による劣化、変形を抑制した例である。
図１９は、電極３４０の先端に電極３４１軸よりも直径の太い放電部３４２を設けて熱伝導性を高め、先端部の過剰昇温による劣化、変形を抑制した例である。この種の電極は、直流型放電ランプの陽極として用いられる。
【０００７】
図２０は、電極３５０の先端にコイルを太く巻き付けて、この先端部分は電極軸３５１と一体の固まりになるよう放電によって溶融し、電極軸３５１よりも直径の太い放電部３５２を形成し、放電部３５２の後方にコイルを一体的に溶融した放熱部３５３を設けて電極の劣化、変形を抑制した例である。放熱部３５３は、コイルや円筒型の電極部材を用いて構成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１８〜図２０に示す電極構造は以下のような問題があった。
図１８の場合、電極３３０とコイル３３１の接触面積が小さいため熱伝導が低く、十分な放熱効果が得られ難い。また、コイル３３１が細すぎる場合にはコイル３３１が溶融、変形してしまう、という問題があった。コイル３３１を太くすればよいが、電極３３０に使用されるタングステンは材質が硬く、コイル３３１を巻き付けるのが困難になる。また、放電のアークスポットが電極先端やコイル端部に移動してしまい、アークが安定し難い、という問題があった。
【０００９】
図１９の場合、太径の放電部３４２を大きくしすぎると、電極３４０が熱電子を放出するのに必要な温度まで上昇し難く、始動性の悪化や立ち消えなどの問題があった。これは、特にランプを交流点灯する場合に大きな問題になるため、このような電極を交流点灯で用いるのは困難であった。
【００１０】
図２０の場合、放電部３５２とコイル３５３が一体的に連続して構成されているため、放電部３５２とコイル３５３との熱伝導が高く、放電部３５２が熱電子放出に必要な温度まで上昇し難くなるため、図１９と同様に始動性の悪化や立ち消えを発生する。これは、特に放電ランプを交流点灯する場合に大きな問題になる。また、この図２０のような電極は、電極軸３５１にコイル３５３を巻回した構成の電極を、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で放電させ、その先端部分を溶融することにより製造される。放電ランプでは、始動性を改善するために電極材料のタングステンにトリウム等のドープ材を添加した電極が用いられることが多い。しかしながら、上述のような製造方法で作製した電極は、先端部分を溶融する際にドープ材が蒸発してしまう、という問題があった。更に、先端部分は溶融により再結晶化が進むため、強度的にも弱く、加工が困難である、という問題があった。
【００１１】
一方、この種の放電ランプを投写型表示装置に使用する場合には、凹面鏡と組み合わせて光源を構成するのが一般的である。図２１ａは、その構成例を示している。図２１ｂは、図２１ａにおけるＡ−Ａの断面図である。凹面鏡３７１はその内表面に反射コーティング３７２が施され、ランプ３６０からの放射光を所定の方向に効率良く反射する。凹面鏡３７１には、ランプ挿入部３７３と導線取り出し穴３７４が設けられている。ランプ３６０は、封止部３６２をランプ挿入部３７３に挿入し、耐熱性の接着剤３７５によって凹面鏡３７１に固定される。また、外部導線３６９には延長導線３７６が接続され、延長導線３７６の他端を導線取り出し穴３７４から凹面鏡３７１の外部に引き出している。外部導線３６８と延長導線３７６との間に所定の電圧を加えることにより、ランプ３６０の発光を得ることができる。
【００１２】
投写型表示装置に使用するランプは、できるだけ小型で、長寿命であることが要望される。しかしながら、図２１ａに示した従来の光源は、以下のような問題があった。
【００１３】
第１に、ランプ３６０の両端に設けられた金属箔３６４、３６５や外部導線３６８、３６９の酸化により断線を招き、ランプ寿命が低下するという問題である。図２１ａに示した光源の場合、図２１ｂのＡ−Ａの拡大断面図に示すように、外部導線３６９と封止部３６３との間には、封止の際、熱応力による歪みが発生し、隙間Ｂが形成される。それ故、外部導線３６９や金属箔３６５の外部導線３６９側の端部は空気と接触しており、ランプ点灯中の極めて高温な条件化では、これらの部分の酸化が促進される。酸化によって断線に至るまでの時間は温度によって変化するが、例えば、金属箔にモリブデンを用いた場合、空気中３５０℃の条件化でおよそ５０００時間程度である。外部導線３６８と封止部３６２についても同様である。
【００１４】
一般に、投写型表示装置に使用される放電ランプは、点灯中の温度が極めて高く、発光管３６１は最大１０００℃近い温度になる。それ故、発光管３６１からの熱伝導や、電極３６６、３６７からの熱伝導により、金属箔３６４、３６５と外部導線３６８、３６９の接続部付近の温度は、数１００度に達する。ファン等により強制的に空冷すれば温度を低下できるが、発光管３６１の温度まで低下させてしまうと、発光金属の蒸発が抑制され、発光効率が著しく低下する。それ故、極めて局部的な冷却が必要であり困難を要する。
【００１５】
この問題を解決するために、従来の放電ランプでは、十分長い金属箔を使用し、熱伝導による温度上昇を小さくして酸化による断線を抑制している。しかしながら、金属箔を長くするあまりランプ全長が長くなり、光源の小型化が困難になる、という問題があった。
【００１６】
第２に、ランプ点灯中は発光金属が蒸発するため、発光管内の圧力は、例えば、メタルハライドランプの場合で数１０気圧、超高圧水銀ランプの場合で数１０ＭＰａ（メガパスカル）と極めて高く、点灯中に発光管が破損し易いという問題があった。
【００１７】
本発明の放電ランプは、主に短アークであっても始動性、アークの安定性、及びランプ寿命を改善することを目的とする。また、本発明の光源装置は、主に投写型表示装置に用いる場合に適した、コンパクトで、信頼性が高く、放電ランプの放射光を効率良く集光することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の放電ランプは、発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された放電媒体と、を備え、前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端に一体的に形成された前記電極軸よりも外径の太い放電部と、で構成され、前記放電部は先端がテーパ状であり、前記放電部の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記放電部の先端の直径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足するものである。
【００１９】
本発明の第２の放電ランプは、発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された放電媒体と、を備え、前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端部に嵌め込まれ、前記電極軸の先端側の外径部がテーパ状に形成された円筒状導体を有し、前記円筒状導体の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記円筒状導体における前記電極軸の先端に近い端面の外径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足するものである。
【００２０】
本発明の第３の放電ランプは、発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された水銀および希ガスと、を備え、前記水銀の封入量は１５０ｍｇ／ｃｃ以上であり、前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端に一体的に形成された前記電極軸よりも外径の太い放電部と、で構成され、前記放電部は先端がテーパ状であり、前記放電部の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記放電部の先端の直径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足し、前記電極に交流電圧を印加して点灯させるものである。
【００２１】
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、放熱導体は、コイル状であるのが、好ましい。
上記第１又は第３の放電ランプにおいて、電極の間隔が２ｍｍ以下であり、電極軸の外径をＤ１、放電部の外径をＤ２、前記放電部の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０
Ｄ３／Ｄ１≦９．０
を満足すれば、好ましい。
【００２２】
上記第２の放電ランプにおいて、電極の間隔が２ｍｍ以下であり、電極軸の外径をＤ１、円筒状導体の外径をＤ２、前記円筒状導体の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０
Ｄ３／Ｄ１≦９．０
を満足すれば、好ましい。
【００２３】
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、放電媒体は、水銀と希ガスであるのが、好ましい。
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、電極に交流電圧を印加して点灯させるものであるのが、好ましい。
【００２４】
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、電極に直流電圧を印加して点灯させるとともに、駆動時間や点灯回数に応じて電圧の極性を反転するものであるのが、好ましい。
【００２５】
本発明によれば、始動性に優れ、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
本発明の第１の光源装置は、上記第１〜第３のいずれかの放電ランプと、前記放電ランプから放射される光を所定の方向に反射する凹面鏡とを備えるものである。
【００２６】
本発明の第２の光源装置は、上記第１〜第３の放電ランプと、前記放電ランプから放射される光を所定の方向に反射する凹面鏡と、を備え、前記凹面鏡は反射光が出射する開口部と、前記開口部の反対側に設けられたランプ挿入部を有し、前記放電ランプは一端を前記ランプ挿入部に挿入するとともに、一対の電極間に形成される発光領域の中心が前記凹面鏡の短い側の焦点とおよそ一致するように配置され、前記発光領域の中心から放射され凹面鏡の有効反射面内に入射する光線が前記放電ランプの電極によって遮光されないことを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を図面を参照して述べる。
図１ａ、図１ｂは、本発明の放電ランプにおける第１の実施形態を示す構成例である。図１ｂは、図１ａに示す電極部分の拡大断面図である。
【００２８】
１０は発光管、１１、１２は封止部、１３、１４は金属箔、１５、１６は電極、１７、１８は放熱導体としてのコイル、１９、２０は外部導線、２１、２２は放電媒体としての水銀及びアルゴンガス、３１は本発明の放電ランプである。
【００２９】
発光管１０は、外形１５ｍｍ、最大肉厚３ｍｍの透明石英ガラスであり、内部に球形または楕円形の放電空間が形成される。透明石英ガラスは耐熱性に優れ、動作温度が極めて高温となる放電ランプには適した材料である。また、光の透過率が高いという利点もある。他に、サファイアガラス等の高熱伝導率材料を用いることができる。熱伝導率が高いと、発光管１０の温度分布が均一になり、発光特性が安定するとともに、発光管１０の冷却が容易になるという利点がある。
【００３０】
発光管１０の両端には、封止部１１、１２が設けられる。封止部１１、１２は、発光管１０と同様の透明石英ガラスである。封止部１１、１２には、それぞれ幅３．５ｍｍ×長さ１６ｍｍの金属箔１３、１４が封着されている。金属箔１３、１４は、高融点金属のモリブデンを用いている。
【００３１】
電極１５、１６は、一端がそれぞれ金属箔１３、１４に接続され、他端が発光管１０内に２．０ｍｍの距離を隔てて対向配置されている。図１ｂに示すように、電極１５は電極軸１５ａと、それよりも太径で一体的に形成された放電部１５ｂで構成される。電極１５の材料には、純タングステンが用いられている。電極１５は、円柱状の電極材料を削り出すことによって容易に得ることができる。また、モリブデン、カーボン、セラミック等からなる成形型を用いて、所定の形状の電極１５を成形しても良い。電極軸１５ａと放電部１５ｂの外径は、それぞれ１．０ｍｍと３．０ｍｍである。放電部１５ｂの軸芯方向の長さは、１．８ｍｍとしている。放電部１５ｂの後方には、電極軸１５ａを取り巻くようにコイル１７が巻回している。コイル１７は、線径が０．５ｍｍの純タングステンである。コイル１７は、例えば、スポット溶接等により電極軸１５ａに固定すればよい。電極１６についても同様に、電極軸１６ａと、それよりも太径の放電部１６ｂで構成され、放電部１６ｂの後方に電極軸１６ａを取り巻くようにコイル１８が巻回している。
【００３２】
外部導線１９、２０は、一端がそれぞれ金属箔１３、１４に接続され、他端が封止部１１、１２の外部に突出している。外部導線１９、２０には、金属箔１３、１４と同様、モリブデンが用いられる。外部導線１９、２０に所定の電圧を加えることにより、電極１５、１６間にアーク放電が発生し、放電媒体である水銀２１の蒸発とともに水銀２１固有の発光を得ることができる。また、希ガスとしてアルゴンガス２２を所定の圧力で封入し、ランプの始動性を改善している。
【００３３】
希ガスには、アルゴンガスの他にキセノンガス等の不活性ガスを用いてもよく、始動性を改善できる。また、上記希ガスとともに、所定量のハロゲンガス、例えば、沃素、臭素、塩素などを封入しておけばよい。これらのハロゲンガスは、電極材料のタングステンと結合してハロゲンサイクルを生じ、点灯中のタングステンの飛散による発光管内壁の黒化を防止するため、ランプの寿命が向上する。
【００３４】
電極１５、１６を用いて放電ランプ３１を構成すれば、アーク放電による発光部が、太径の放電部１５ｂ、１６ｂ間に形成される。放電部１５ｂ、１６ｂは、熱容量が大きく、熱伝導性が良いので、比較的大きな電流が流れた場合であっても電極１５、１６の過剰昇温を抑制する効果がある。これにより、電極１５、１６の変形や電極物質の蒸発が大幅に抑制され、ランプ寿命が改善される。コイル１７、１８は、電極軸１５ａ、１６ａの放熱性を高めて過剰昇温を抑制し、この部分の細りや折れを防止している。また、図１７の電極のようにアークスポットが不安定になることが無く、安定した発光を得ることができる。更に、電極１５、１６とコイル１７、１８とを一体的溶融せず、別体であるので、放電部１５ｂ、１６ｂとコイル１７、１８との熱伝導性は低い。また、放電部１５ｂ、１６ｂの熱容量が大きくなりすぎないように、その形状を適切に設定してあるので、放電部１５ｂ、１６ｂが過剰冷却されることもなく、熱電子の放出が可能な温度まで容易に上昇することができ、図１９、図２０の電極を用いた場合と比べて、始動性が大幅に改善される。
【００３５】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端に一体的に形成された電極軸よりも外径の太い放電部とで構成された電極を用い、放電部の後方に電極軸を取り囲む放熱導体を備えることにより、始動性に優れ、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００３６】
図２ａ、図２ｂは、本発明の放電ランプにおける第２の実施形態を示す構成例である。尚、図２ｂは、図２ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ５１において、電極４１、４２以外の構成は、図１ａに示したものと同様である。図１ａと異なるのは、電極４１を構成する太径の放電部４１ｂにおいて、先端がテーパ４１ｃ状となっている点である。テーパ４１ｃは、電極軸４１ａに対して４５゜の角度で形成され、放電部４１ｂの先端は直径１．０ｍｍの円形断面になっている。電極４２についても、電極４１と同様に、電極４２ａに対して４５゜の角度でテーパ４２ｃが形成されている。
【００３７】
本実施の形態は、図１ａ，図１ｂの実施例で得られる効果に加えて、更に、以下の効果が得られる。放電部４１ｂ、４２ｂの先端にテーパ４１ｃ、４２ｃを設けて先端径φを小さくすることにより、電子放射性が高まり、図１ａ，図１ｂに示したものに比べて、更に、始動性が改善される。同時に、ランプが安定状態に達するまでの立ち上がり時間も大幅に改善される。また、熱電子放出は主に放電部４１ｂ、４２ｂの先端から生じるので、テーパ４１ｃ、４２ｃが無い場合と比べてアークの径方向の幅が小さくなり、発光部の輝度が高くなる、という利点がある。また、放電部４１ｂ、４２ｂの先端径φが小さいので、放電部４１ｂ、４２ｂの先端でアークスポットが移動する、いわゆる輝点移動が発生し難くなり、点灯時のアーク安定性が向上する。更に、発光部からの放射光が太径の放電部４１ｂ、４２ｂで遮光される範囲を小さくできるので、放射光を効率良く利用することが可能になる。さらに、図２０に示した従来電極に比べて先端部の加工がし易く、歩留まりが向上する。
【００３８】
本発明の十分な効果を得るためには、以下の条件式を満足すればよい。
φ／Ｌ≦０．６ （数式１）
２０゜≦θ≦６０゜（数式２）
ただし、Ｌは発光管１０内における電極４１、４２の間隔、φは放電部４１ｂ、４２ｂの先端の直径、θはテーパ４１ｃ、４２ｃが電極軸４１ａ、４２ａとなす角、である。
【００３９】
数式１において、φ／Ｌが上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、放電部４１ｂ、４２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００４０】
数式２において、θが下限値より小さくなると、放電部４１ｂ、４２ｂの先端が細くなりすぎるため、電極４１、４２が劣化し易くなるので好ましくない。また、上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、放電部４１ｂ、４２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００４１】
電極は、図３に示すように放電部の先端が球状となっている電極４５であっても良い。この場合、数式１における放電部４５ｂの先端の直径φは、球の外周４６とテーパ４５ｃとの接点間距離で定義すればよい。
【００４２】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端に一体的に形成され電極軸よりも外径が太くテーパが設けられた放電部と、で構成された電極を用い、放電部の後方に電極軸を取り囲む放熱導体を備えることにより、作製が容易で、不安定な放電を誘発することなく、始動性と点灯時の立ち上がり性能に優れ、放射光を効率良く利用でき、短アークであっても寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００４３】
図４ａ、図４ｂは、本発明の放電ランプにおける第３の実施形態を示す構成例である。尚、図４ｂは、図４ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ７１において、電極６１、６２以外の構成は、図１ａに示したものと同様である。図１ａと異なるのは、電極６１が、電極軸６１ａとその先端部に設けられた円筒状導体６１ｂと、で構成されている点である。電極軸６１ａは外径１．０ｍｍの純タングステンである。円筒状導体６１ｂは、外径３．０ｍｍである。円筒状導体６１ｂの軸芯方向の長さは１．８ｍｍで純タングステンであり、電極軸６１ａの先端部に嵌め込まれている。円筒状導体６１ｂは、例えば、スポット溶接等により電極軸６１ａに固定することができる。電極６２についても、電極６１と同様に、その先端部に円筒状導体６２ｂが設けられる。
【００４４】
電極軸６１ａ、６２ａで発生する熱は、円筒状導体６１ｂ、６２ｂを通じて放熱される。円筒状導体６１ｂ、６２ｂは、電極軸６１ａ、６２ａとの接触性がよく、熱伝導性も高いので、最も高温になる電極軸６１ａ、６２ａの先端部が効率よく放熱される。図１ｂに示した電極に比べて先端の太径部を別体で構成しているので、この部分を削り出しで形成する必要が無く、より容易に作製できる、という利点がある。
【００４５】
円筒状導体６１ｂの後方にコイル６５等の放熱導体を配置することによって、電極軸６１ａの後方に伝わる熱を効率良く放熱できるので、電極軸６１ａの細りや折れを防止することができる。電極６２についても同様である。
【００４６】
また、図４ａ，図４ｂでは、電極軸６１ａ、６２ａの端面と円筒状導体６１ｂ、６２ｂの端面とが面一になるように配置しているが、電極軸６１ａ、６２ａの先端が円筒状導体６１ｂ、６２の端面から僅かに突き出るように嵌め込んでも良い。
【００４７】
図５に示す電極６６のように、電極軸６６ａの先端から遠い側の内周部に、内側に切り欠かかれたテーパ６７を設けた円筒状導体６６ｂを用いても良い。テーパ６７は、円筒状導体６６ｂの表面積を大きくして放熱性をより高める効果がある。同時に、テーパ６７の角度ηを調整し、電極軸６６ａと円筒状導体６６ｂとの接触面積を適切に設定すれば、始動性をより改善することができる。円筒状導体６６ｂの後方にコイル６５等の放熱導体を設けることもできる。電極６２についても同様である。
【００４８】
更に、図６に示すように、内周部が貫通していない円筒状導体６８ｂを電極軸６８ａの先端部に嵌め込んだ電極６８を用いても同様の効果が得られる。コイル６５等の放熱導体や、図５と同様な内周部のテーパを設けることもできる。
【００４９】
但し、本発明は、図４、図５、図６では、コイル６５等の放熱導体を配置しているが、このコイル６５を設けないものであってもよい。
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端部に嵌め込まれた円筒状導体と、で構成される電極を用いることにより、作製が容易で、不安定な放電を誘発することなく、始動性に優れ、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００５０】
図７ａ、図７ｂは、本発明の放電ランプにおける第４の実施形態を示す構成例である。尚、図７ｂは、図７ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ９１において、電極８１、８２以外の構成は、図４ａに示したものと同様である。図４ａと異なるのは、電極８１を構成する円筒状導体８１ｂの先端がテーパ８１ｃ状である点である。テーパ８１ｃは、電極８１の軸線に対して４５゜の角度で形成され、円筒状導体８１ｂの先端の外径は１．０ｍｍで電極軸８１ａの外径と等しくなっている。電極８２についても、電極８１と同様に円柱状導体８２ｂにテーパ８２ｃが形成される。円筒状導体８１ｂの後方にコイル８５等の放熱導体を配置することによって、電極軸８１ａの後方に伝わる熱を効率良く放熱できるので、電極軸８１ａの細りや折れを防止することができる。電極８２についても同様である。
【００５１】
但し、本実施の形態は、コイル８５等の放熱導体を配置しているが、このコイル８５を設けないものであってもよい。
本実施の形態は、図４で得られる効果に加えて、始動性や立ち上がり時間がより改善される。同時に、発光部の輝度が高くなる、という利点がある。また、輝点移動が発生し難くなり、点灯時のアーク安定性が向上する。更に、発光部からの放射光が円筒状導体８１ｂ、８２ｂで遮光される領域が小さいので、放射光を効率良く利用することが可能になる。
【００５２】
本発明の十分な効果を得るためには、以下の条件式を満足すればよい。
φ／Ｌ≦０．６ （数式３）
２０゜≦θ≦６０゜（数式４）
ただし、Ｌは発光管１０内における電極８１、８２の間隔、φは円筒状導体８１ｂ、８２ｂにおける電極軸８１ａ、８２ａの先端に近い端面の外径、θはテーパ８１ｃ、８２ｃが電極８１、８２となす角、である。
【００５３】
数式３において、φ／Ｌが上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、円筒状導体８１ｂ、８２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００５４】
数式４において、θが下限値より小さくなると、円筒状導体８１ｂ、８２ｂの先端が細くなりすぎるため、電極８１、８２が劣化し易くなるので好ましくない。また、上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、円筒状導体８１ｂ、８２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００５５】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端部近傍を取り囲み、電極軸の先端側の外径部がテーパ状である円筒状導体と、で構成される電極を用いることにより、作製が容易で、不安定な放電を誘発することなく、始動性と点灯時の立ち上がり性能に優れ、放射光を効率良く利用でき、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００５６】
図８ａ、図８ｂは、本発明の放電ランプにおける第５の実施形態を示す構成例である。尚、図８ｂは、図８ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ１２１は、交流点灯の超高圧水銀ランプである。超高圧水銀ランプは、小型で、発光部の輝度が高く、投写型表示装置に広く用いられている。一般に、この種のランプは、主に水平点灯で使用される。
【００５７】
発光管１０１は、外径１２ｍｍ、最大肉厚２．５ｍｍの石英ガラスであり、封止部１０２、１０３には幅２．５ｍｍ×長さ２０ｍｍのモリブデン箔１０４、１０５が封設されている。モリブデン箔１０４、１０５に接続された純タングステン製の電極１０６、１０７は、発光管１０１内で１．５ｍｍの距離を隔てて対向配置される。発光管１０１内には、１７０ｍｇ／ｃｃの水銀と、２００ｍｂのアルゴンガスと、ごく微量の臭素が封入されている。臭素は、ハロゲンサイクルによって電極１０６、１０７から蒸発したタングステンによる発光管１０１内壁の黒化を抑制し、ランプ１２１の寿命を改善する働きがある。
【００５８】
モリブデン箔１０４、１０５に接続された外部導線１０８、１０９に所定の周波数の交流電圧を印加することにより、水銀１１０の発光を得ることができる。ランプ１２１の安定時の電力は、２００Ｗに設定している。
【００５９】
電極１０６は、電極軸１０６ａとそれよりも太径の放電部１０６ｂで構成される。電極軸１０６ａの直径は０.５ｍｍである。放電部１０６ｂは、外径１．８ｍｍ、先端の直径０．３ｍｍ、電芯方向の長さ２．５ｍｍ、テーパ角３０゜である。放電部１０６ｂの後方にコイル１１２等の放熱導体を配置することによって、電極軸１０６ａの後方に伝わる熱を効率良く放熱できるので、電極軸１０６ａの細りや折れを防止することができる。電極１０７についても同様の構成である。
【００６０】
但し、本実施の形態は、コイル１１２等の放熱導体を配置しているが、このコイル１１２を設けないものであってもよい。
電極１０６、１０７間の距離は１．５ｍｍと短く、この間には非常に高輝度の発光部が形成される。電極１０６、１０７を用いて放電ランプ１２１を構成すれば、発光部が高輝度で、電極１０６、１０７の発熱が非常に大きい場合であっても、電極劣化が抑制され、ランプを長寿命化できる。また、放電部１０６ｂ、１０６ｂの形状が適切に設定されているので、始動性が良く、立ち上がり時間が早く、点灯時のアーク安定性も良い。更に、発光部からの放射光に対する電極１０６、１０７の遮光領域を小さくできるので、放射光を効率良く利用できる。
【００６１】
図９は、図８に示した放電ランプについて、テーパ１０６ｃ、１０７ｃの角度と、ランプの立ち上がり時間との関係を示したもので、横軸は点灯後の経過時間、縦軸は光出力である。縦軸の光出力は、各ランプの電力安定時の光出力を１．０とした場合の相対値で示している。図１４の従来の電極を用いた場合と比べて、本発明の放電ランプは、立ち上がり時間が大幅に短縮される。テーパ１０６ｃ，１０７ｃの角度が大きいほど、立ち上がり時間は長くなり、テーパ１０６ｃ、１０７ｃの角が２０°〜６０°の範囲において、良好な立ち上がり性能が得られる。
【００６２】
本発明の十分な効果を得るためには、以下の条件式を満足すればよい。
φ／Ｌ≦０．６ （数式５）
２０゜≦θ≦６０゜（数式６）
ただし、Ｌは発光管内における電極の間隔、φは放電部の先端の直径、θはテーパが電極軸となす角、である。
【００６３】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸よりも太径の放電部を有する電極を用いて、その形状を適切に設定することにより、超高圧水銀ランプ等の電極負荷の大きい放電ランプを交流点灯する場合であっても、不安定な放電を誘発することなく、始動性や立ち上がり性能に優れ、光利用効率が高く、短アークであっても寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００６４】
なお、上記放電ランプの実施形態１又は２又は５において、電極の間隔を２ｍｍ以下とし、電極軸の外径をＤ１、放電部の外径をＤ２、前記放電部の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０ （数式７）
Ｄ３／Ｄ１≦９．０ （数式８）
を満足すれば好ましい。
【００６５】
また、実施形態３又は４において、電極の間隔を２ｍｍ以下とし、電極軸の外径をＤ１、円筒状導体の外径をＤ２、円筒状導体の電極軸方向の長さをＤ３、とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０ （数式９）
Ｄ３／Ｄ１≦９．０ （数式１０）
を満足すれば好ましい。
【００６６】
いずれの場合についても、Ｄ１は、電極に流れる電流値に応じておよそ決められるので、放電部の形状を電流値に応じて最適に設定することができ、始動性がより改善される。
【００６７】
また、実施形態１〜４において、放電媒体は水銀と希ガス以外に、例えば、ハロゲン化金属を封入したものであっても良い。
放電ランプは、直流点灯、交流点灯のいずれであっても良い。従来性能と比較する場合は、交流点灯の方が始動性やアーク安定性に関してより大きな効果を得ることができる。また、直流点灯する場合には、点灯時間や点灯回数に応じて入力電圧の極性を反転すればよい。例えば、１００時間点灯毎に極性を反転させれば、電極の劣化が片側の電極に偏ることがないので、発光部の対象性が良くなるとともに、ランプ寿命が向上する。
【００６８】
また、実施形態１〜５において、電極材料のタングステンは、カリウム、シリコン、アルミニウム、等の不純物の含有量がより少ない方が良い。これらの不純物は、臭素等のハロゲンと反応してハロゲンサイクルを阻害するので、ランプ寿命が低下する。また、不純物が多いとタングステンの融点が低下するので電極が劣化しやすくなる。それ故、これらの含有量はそれぞれ１０ｐｐｍ以下であれば好ましい。
【００６９】
電極材料は、純タングステン以外のものを用いても良い。例えば、ランプの始動性を改善するために、タングステンにトリウム等のドープ材を添加したものを用いても良い。
【００７０】
放熱導体は、コイル状であることに限定しない。例えば、電極軸を取り囲む円筒形状の金属導体であっても良く、同様に、電極軸の放熱性を向上することができる。
【００７１】
放熱導体と放電部は、接触又は非接触のいずれであっても良い。電極と放熱導体とが完全に別体のものであれば、良好な始動性能が得られる。
主電極と放熱導体は、異なる材質のものを用いてもよい。例えば、主電極は融点の極めて高い純タングステンとし、放電導体はコイルの形成のし易さを考慮してカリウムなどのドープ材が比較的多く含まれたタングステンとする等、始動性、放熱性、加工性等を考慮して、用途に応じて最適なものを選択すればよい。
【００７２】
放電ランプは対象形状として説明したが、封止部や金属箔の長さが異なるものや、一対の電極がいずれかの方向に偏って配置されたものであっても良い。
図１０は、本発明の光源装置における第１の実施形態を示す構成例である。図１０において１３１はランプ、１３２は凹面鏡、１３３は本発明の光源装置である。
【００７３】
ランプ１３１は、図１ａに示した放電ランプと同一であり、一方の封止部１３４に保持手段である口金１３５が設けられている。この口金１３５は、封止部１３４との隙間に耐熱性接着剤１３６を充填して固定される。口金１３５が設けられた側の封止部１３４は、凹面鏡１３２のランプ挿入部１３７に挿入され、耐熱性接着剤１３６を充填して固定される。口金１３５は熱伝導率の良好な真鍮などが好ましい。また、口金の代わりにセラミックやガラス性の放電ランプ保持部材を用いてもよい。口金１３５を設けることにより、先端の熱容量、表面積が増大し、発光管からの熱伝導による温度上昇が緩和される。それゆえ、金属箔を短くすることが可能で、ランプ全体を短くすることができる。
【００７４】
凹面鏡１３２は、放物面鏡や楕円面鏡が用いられる。凹面鏡１３２の内面には、誘電体多層膜による反射コーティング１３８が形成されており、ランプ１３１の放射する光を高い反射率で所定の方向に反射する。この凹面鏡１３２は、ランプ１３１の発光部に対する立体角が大きいので、集光率を高くできる利点がある。
【００７５】
延長用導線１３９は、一端が外部導線１４０に接続され、他端が凹面鏡１３２の導線取り出し穴１４１から凹面鏡１３２の外部に取り出される。延長用導線１３９と外部導線１４２との間に所定の電圧を加えることによりランプ１３１を始動することができる。
【００７６】
上述のように、ランプ１３１はアークの安定性が良いので、ちらつきが少なく、明るさの安定した照明光束を得ることができる。
ランプとして、図２ａ、図４ａ、図７ａ、図８ａに示した本発明の放電ランプを用いても同様の効果を得ることができる。
【００７７】
以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプと凹面鏡を一体化した光源装置において、本発明の放電ランプを用いることにより、始動性が良く、明るさの安定した照明光束が得られる光源装置を実現できる。
【００７８】
図１１は、本発明の光源装置における第２の実施形態を示す構成例である。図１１において１５１はランプ、１５２は凹面鏡、１５３は前面ガラス、１５４は本発明の光源装置、である。
【００７９】
ランプ１５１は、図２ａに示した放電ランプと同様の構成である。凹面鏡１５２は、楕円面鏡や放物面鏡が用いられる。ランプ１５１は、口金１６２が取り付けられた側をランプ挿入部１６３に挿入し、電極１５５、１５６間に形成される発光部の中心が凹面鏡の第１焦点１５７とおよそ一致するように配置され、耐熱性接着剤１５８で固定される。
【００８０】
前面ガラス１５３は、耐熱性、透光性に優れたパイレックスガラスが用いられ、シリコン系の接着剤１５９で凹面鏡１５２の出射側開口部に固定されている。前面ガラス１５３の入射面には、紫外光を反射し、可視光を透過するコーティング１６０が設けられ、ランプ１５１の放射光で有害な紫外光が、外部に漏れないようにしている。凹面鏡１５２の出射側開口部に前面ガラス１５３を設けることにより、凹面鏡１５２の内部に実質上の密閉空間が形成されるので、ランプ１５１が破損した場合であっても、その破片が外部に飛散することがなく、光源装置１５４の安全性が向上する。
【００８１】
凹面鏡１５２の内面には、誘電体多層膜により形成された反射コーティング１６１が施されている。ここで、ランプ１５１の発光部の中心、具体的には電極１５５、１５６間の中心から放射され、凹面鏡１５２の有効反射面に入射する光の集光範囲をαとする。ランプ１５１は、電極１５５、１５６の先端をテーパ状にしているので、集光範囲α内の放射光が電極１５５、１５６によって遮光されることがない。従って、ランプ１５１の放射光を有効に利用することができ、光利用効率が向上する、という利点がある。
【００８２】
集光範囲αは凹面鏡１５２の形状によって異なるので、電極１５５、１５６のテーパ角θと先端部の直径φが数式１、数式２を満たすように、適切に設定すればよい。
【００８３】
ランプ１５１は、図７ａ、図８ａに示す放電ランプを用いても同様の効果が得られる。その場合、数式３と数式４、又は数式５と数式６を満たすように、電極形状を決めれば良い。
【００８４】
以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプと凹面鏡を一体化した光源装置において、本発明の放電ランプを用いることにより、始動性が良く、明るさの安定した照明光束が得られ、光利用効率の高い光源装置を実現できる。
【００８５】
図１２は、本発明の光源装置における第３の実施形態を示す構成例である。図１２において１７０は放電ランプ、１８１は凹面鏡、である。
放電ランプ１７０は、短い金属箔１７３を封設した封止部１７１を凹面鏡１８１の挿入穴１８２に挿入し、凹面鏡１８１の焦点位置１８７とランプ１７０の電極１７５、１７６間の中心がおよそ一致するように位置調整し、接着剤１８５で固定される。接着剤１８５には、スミセラム等の無機質耐熱性接着剤を用いる。
【００８６】
延長導線１８６は、一端を放電ランプ１７０の外部導線１７８に接続し、他端を凹面鏡１８１の導線取り出し穴１８３から外部へ引き出す。導線取り出し穴１８３と延長導線１８６との隙間は、接着剤１８５を充填しておく。
【００８７】
延長導線１８６と外部導線１７７に所定の電圧を加えることにより、電極１７５、１７６間にアーク放電が発生し、放電媒体である水銀１７０ａの蒸発とともに水銀１７０ａ固有の発光を得ることができる。
【００８８】
凹面鏡１８１は楕円面であり、第1焦点Ｆ１は１５ｍｍ、第２焦点Ｆ２（図示せず）は１４０ｍｍである。一般に、楕円面は２つの楕円軸（長軸と短軸）を有する。長軸と短軸の長さは、それぞれ以下の式で表すことができる。
長軸の長さ ＝ ｆ１＋ｆ２ （数式１１）
短軸の長さ ＝ ２×（ｆ１×ｆ２）1/2 （数式１２）
第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を含む楕円軸が長軸であり、これに垂直な楕円軸が短軸である。図１２の楕円面鏡の長軸と短軸の長さは、それぞれ１５５ｍｍ、９１．７ｍｍである。楕円面鏡の場合、金属箔１７４を長くしすぎると第２焦点、すなわち集光位置により近くなるため、金属箔１７４の温度は逆に上昇してしまう。それ故、金属箔１７４の長さは、楕円面のランプ挿入部１８２側頂点から、長い金属箔１７４の凹面鏡開口部側の端部までの距離が、楕円面の長軸長さの１／２以下となるように設定している。
【００８９】
凹面鏡１８１の内面は、誘電体多層膜による反射コーティング１８４が施され、放電ランプ１７０の電極１７５、１７６間から放射される光を所定の方向に効率よく反射する。
【００９０】
凹面鏡は楕円面鏡に限らず、放物面鏡などを用いても良いが、楕円面鏡の方がランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。
図１２によれば、放電ランプ１７０の短い金属箔１７３を封設した封止部１７１を凹面鏡１８１の挿入穴１８２に固定するので、挿入穴１８２から後方へのランプ突出量が小さくなり、光源装置を小型化することができる。封止部１７１は、凹面鏡１８１と接触することで十分な熱容量と表面積が得られる。従って、発光管１７０からの熱伝導による温度上昇が抑制でき、短い金属箔１７３を封設しても酸化によって断線することはない。一方、凹面鏡の開口部側の封止部１７２には、金属箔１７３よりも長く、充分な長さの金属箔１７４が封設されているので、酸化によって断線することはない。
【００９１】
放電ランプ１７０は、封止部１７１に口金等を設けたものであってもよい。
以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプの短い金属箔を封設した封止部を凹面鏡と固定することにより、信頼性が高く、コンパクトな光源装置が構成できる。
【００９２】
図１３は、本発明の光源装置における第４の実施形態を示す構成例である。図１３において、１９１は透光性の密閉手段としての前面ガラス、１９２は窒素ガスであり、その他の構成は図１２と同一である。
【００９３】
前面ガラス１９１は、耐熱性に優れ、比較的安価なパイレックスガラスであり、シリコン樹脂等の接着剤１９３により凹面鏡１８１の反射光出射側の開口部に固定する。前面ガラス１９１を設けることにより、凹面鏡１８１の内側に密閉空間が形成され、放電ランプ１７０が点灯中に破損した場合であっても、破片が外部に飛散するのを防止できる。
【００９４】
前面ガラス１９１の光線入射側または光線出射側の少なくともいずれか一方の平面に、紫外線と赤外線を取り除くための反射コーティングを施せば良い。これにより、紫外線と赤外線が外部に出射するのを防止できる。また、少なくともいずれか一方の平面に反射防止コーティングを施せば、放電ランプ１７０の放射光を効率よく出射させることができる。
【００９５】
凹面鏡１８１の内側に形成した密閉空間には、窒素ガス１９２を封入する。窒素ガス１９２の封入は、例えば、放電ランプ１７０を固定した後の凹面鏡１８１と前面ガラス１９１の接着作業を、窒素ガス１９２で満たされたグローブボックス内で行えばよい。窒素ガス１９２の代わりに、アルゴンガス等の不活性ガスを用いてもよい。
【００９６】
図１３によれば、凹面鏡１８１の内部に形成される密閉空間内に窒素ガス１９２を充填するので、凹面鏡１８１の開口部側の金属箔１７４の酸化を防止することができる。
【００９７】
凹面鏡１８１は、楕円面鏡や方物面鏡等を用いれば良いが、楕円面鏡はランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。また、凹面鏡１８１の光軸方向深さを深くできるので、前面ガラス１９１を配置して密閉構造を形成する場合に適している。
【００９８】
放電ランプ１７０は、封止部１７１に口金等を設けたものであってもよい。
本実施の形態では、放電ランプとして金属箔の長さが異なるランプを用いた例を示したが、金属箔の長さに関係なく、上記効果を得ることができる。
【００９９】
以上のように、本発明によれば、前面ガラス１９１を用いて凹面鏡１８１の内部に密閉空間を形成し、密閉空間内に窒素ガス１９２などの不活性ガスを封入することにより、金属箔の酸化が防止され、信頼性の高い光源装置が構成できる。
【０１００】
図１４は、本発明の光源装置における第５の実施形態を示す構成例である。図１４において、２０１はアルゴンガスであり、その他の構成は、図１３の実施の形態と同一である。
【０１０１】
図１３の実施の形態と異なる点は、凹面鏡１８１内部の密閉空間に３０気圧のアルゴンガス２０１を封入している点である。一般に、放電ランプは点灯動作時の発光管内圧力が極めて高く、発光管外部との圧力差が極めて大きくなるため、発光管が破損する危険性がある。
【０１０２】
図１４によれば、放電ランプ１７０の点灯動作時の発光管内圧力は１０ＭＰａ（メガパスカル）程度となるが、密閉空間内に３０気圧のアルゴンガス２０１を封入しているので、発光管内部と外部との圧力差が小さくなり、発光管の破損に対する危険性が大幅に緩和される。また、図１３による効果と同様、アルゴンガスは金属箔１７４の酸化を防止するので、金属箔の断線がなくなり、光源装置の信頼性が向上する。
【０１０３】
凹面鏡１８１は、楕円面鏡や方物面鏡等を用いれば良いが、楕円面鏡はランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。また、凹面鏡１８１の光軸方向深さを深くできるので、前面ガラス１９１を配置して密閉構造を形成する場合に適している。
【０１０４】
アルゴンガスの代わりに、窒素などの不活性ガスを所定の圧力で封入しても良く、同様の効果が得られる。また、空気を所定の圧力で封入した場合であっても、酸化防止効果は無くなるが、発光管の破損に対する危険性は大幅に緩和できる。
【０１０５】
封入する気体の圧力は、１気圧以上で、かつ放電ランプの点灯時における発光管内圧力以下であればよい。
放電ランプ１７０は、封止部１７１に口金等を設けたものであってもよい。
【０１０６】
本実施の形態では、放電ランプとして金属箔の長さが異なるランプを用いた例を示したが、金属箔の長さに関係なく、上記効果を得ることができる。
以上のように、本発明によれば、前面ガラスを用いて凹面鏡の内部に密閉空間を形成し、密閉空間内に１気圧以上かつ点灯時の発光管内圧力以下の気体を封入することにより、発光管の破裂を抑制し、信頼性の高い光源装置が構成できる。
【０１０７】
図１５は、本発明の光源装置における第６の実施形態を示す構成例である。図１５において２１０は放電ランプ、２２１は凹面鏡、である。
放電ランプ２１０は、交流点灯の超高圧水銀ランプであり、点灯中の動作圧は１０ＭＰａ（メガパスカル）以上である。それ故、破損時のガラス片の飛散防止のために、凹面鏡の開口部に前面ガラスが設けられている。放電ランプ２１０は、短い金属箔２１３を封設した封止部２１１を凹面鏡２２１の挿入穴２２２に挿入し、凹面鏡２２１の第１焦点２２７とランプ２１０の電極２１５、２１６間の中心がおよそ一致するように位置調整し、接着剤２２５で固定される。接着剤２２５には、スミセラム等の無機質耐熱性接着剤を用いる。
【０１０８】
延長導線２２６は、一端を放電ランプ２１０の外部導線２１８に接続し、他端を凹面鏡２２１の導線取り出し穴２２３から外部へ引き出す。導線取り出し穴２２３と延長導線２２６との隙間は、接着剤２２５を充填しておく。
【０１０９】
延長導線２２６と外部導線２１７に所定の電圧を加えることにより、電極２１５、２１６間にアーク放電が発生し、放電媒体である水銀２１０ａの蒸発とともに水銀２１０ａ固有の発光を得ることができる。
凹面鏡は楕円面鏡であり、上述の実施の形態３（図１２）と同様、金属箔２１４の長さは、楕円面のランプ挿入部２２２側頂点から、長い金属箔２１４の凹面鏡開口部側の端部までの距離が、楕円面の長軸長さの１／２以下となるように設定している。
【０１１０】
凹面鏡２２１の内面は、誘電体多層膜による反射コーティング２２４が施され、放電ランプ２１０の電極２１５、２１６間から放射される光を所定の方向に効率よく反射する。
【０１１１】
図１５によれば、放電ランプ２１０の短い金属箔２１３を封設した封止部２１１を凹面鏡２２１の挿入穴２２２に固定するので、挿入穴２２２から後方へのランプ突出量が小さくなり、光源装置を小型化することができる。封止部２１１は、凹面鏡２２１と接続することで十分な熱容量と表面積が得られる。従って、発光管からの熱伝導による温度上昇が抑制でき、短い金属箔２１３を封設しても酸化によって断線することはない。一方、凹面鏡２２１の開口部に前面ガラス２３１を配置すると、前面ガラス２３１を配置しない場合に比べて凹面鏡２２１内部の温度がより高くなるので、金属箔２１４の温度上昇が大きくなるが、凹面鏡の開口部側の封止部２１２には、金属箔２１３よりも充分な長さの金属箔２１４が封設されているので、酸化によって断線することはない。
【０１１２】
凹面鏡２２１は楕円面鏡に限らず、放物面鏡などを用いても良いが、楕円面鏡の方がランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。また、凹面鏡２２１の光軸方向深さを深くできるので、前面ガラスを配置して密閉構造を形成する場合に適している。
本実施の形態のように凹面鏡２２１のランプ挿入部２２２側の金属箔２１３を開口部側の金属箔２１４より短くすることは、光源の小型化を図る上で極めて有効な手段である。
【０１１３】
凹面鏡の内部は、完全密閉である必要はなく、凹面鏡あるいは前面ガラスの一部に放電ランプや凹面鏡を冷却するための通風口を設けてあってもよい。
放電ランプ２１０は、封止部２１１に口金等を設けたものであってもよい。以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプの短い金属箔を封設した封止部を凹面鏡と固定することにより、信頼性が高く、コンパクトな光源装置が構成できる。
【０１１４】
図１６は、本発明の投写型表示装置における実施形態を示す構成例である。図１６において、２４０は光源、２４１はＵＶ−ＩＲカットフィルタ、２４２はフィールドレンズ、２４３は液晶パネル、２４４は投写レンズである。
【０１１５】
光源２４０は、図１５に示した光源装置と同一であり、具体的な構成についての説明は省略する。
光源２４０から出射する光は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２４１により紫外線と赤外線成分が取り除かれ、フィールドレンズ２４２を透過した後、液晶パネル２４３に入射する。フィールドレンズ２４２は、液晶パネル２４３を照明する光を投写レンズ２４４に集光する。液晶パネル２４３は、映像信号に応じて入射光の透過率を変調し、液晶パネル２４３上に光学像を形成する。液晶パネル２４３を透過した光は、投写レンズ２４４に入射し、投写レンズ２４４は液晶パネル２４３上の光学像をスクリーン（図示せず）上に拡大投影する。
【０１１６】
図１６によれば、光源２４０に図１５に示す光源装置を用いているので、投写型表示装置の信頼性が向上するとともに、装置全体を小型化できる。
本実施の形態では、光源２４０に図１５に示す光源装置を用いた例を示したが、図１０〜図１４のいずれかに示す光源装置を用いても信頼性の向上、装置の小型化といった効果が得られる。特に、図１１の光源装置を用いれば、ランプの放射光をより効率良く集光することができるので、投写型表示装置の高輝度化を図ることができる。
【０１１７】
光源２４０とフィールドレンズ２４２との間に、光源２４０の出射する光を液晶パネル２４３に効率良く、あるいは均一に導くための光学素子、例えば、レンズアレイや偏光変換素子等を配置しても良い。
【０１１８】
また、空間光変調素子として、偏光を利用した透過型の液晶パネルを一枚だけ用いた例を示したが、例えば、透過型の液晶パネルを３枚用いたもの、散乱を利用した液晶パネルや、回折、反射などの変化として映像信号に応じた光学像を形成する空間光変調素子を用いてもよい。光源によって照明される光を変調して光学像を形成するものであれば、同様の効果が得られる。
【０１１９】
また、透過型のスクリーンを用いて背面投写の投写型表示装置を構成してもよい。
以上のように、本発明によれば、光源によって液晶パネル等の空間光変調素子を照明し、空間光変調素子上の光学像を投影する投写型表示装置において、光源に本発明の光源装置を用いることにより、コンパクトで明るい投写型表示装置が構成できる。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明の放電ランプは、主に短アークであっても始動性、アークの安定性、及びランプ寿命を改善することができる。
【０１２１】
また、本発明の光源装置は、主に投写型表示装置に用いる場合に適した、コンパクトで、信頼性が高く、放電ランプの放射光を効率良く集光することができる。
【０１２２】
また、本発明の光源装置を用いれば、明るく、コンパクトで、信頼性の高い投写型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の放電ランプの第１の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第１の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図２】（ａ）は、本発明の放電ランプの第２の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第２の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図３】第２の実施形態の他の電極構造の拡大図である。
【図４】（ａ）は、本発明の放電ランプの第３の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第３の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図５】第３の実施形態の他の電極構造の拡大図である。
【図６】第３の実施形態の更に他の電極構造の拡大図である。
【図７】（ａ）は、本発明の放電ランプの第４の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第４の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図８】（ａ）は、本発明の放電ランプの第５の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第５の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図９】テーパ角と立ち上がり時間の関係を示す特性図である。
【図１０】本発明の光源装置の第１の実施形態を示す略構成図である。
【図１１】本発明の光源装置の第２の実施形態を示す略構成図である。
【図１２】本発明の光源装置の第３の実施形態を示す略構成図である。
【図１３】本発明の光源装置の第４の実施形態を示す略構成図である。
【図１４】本発明の光源装置の第５の実施形態を示す略構成図である。
【図１５】本発明の光源装置の第６の実施形態を示す略構成図である。
【図１６】本発明の投写型表示装置の実施形態を示す略構成図である。
【図１７】従来の放電ランプの構成を示す略構成図である。
【図１８】従来の放電ランプの電極構造を示す略構成図である。
【図１９】従来の放電ランプの他の電極構造を示す略構成図である。
【図２０】従来の放電ランプの更に他の電極構造を示す略構成図である。
【図２１】（ａ）は、従来の光源装置の構成を示す略構成図、（ｂ）は、図２１（ａ）の断面Ａの拡大断面図である。
【符号の説明】
１０、１０１、１７０ 発光管
１１、１２、１０２、１０３、１３４、１７１、１７２、２１１、２１２ 封止部
１３、１４、１７３、１７４、２１３、２１４ 金属箔
１５、１６、４１、４２、４５、６１、６２、６６、８１、８２、１０６、１０７、１５５、１５６、１７５、１７６、２１５、２１６ 電極
１５ａ、１６ａ、４１ａ、４２ａ、６１ａ、６２ａ、６６ａ、６８ａ、８１ａ、８２ａ、１０６ａ 電極軸
１５ｂ、１６ｂ、４１ｂ、４２ｂ、４５ｂ、１０６ｂ 放電部
１７、１８、６５、８５、１１２ 放熱導体
１９、２０、１０８、１４０、１４２、１７７、１７８、２１７、２１８ 外部導体
２１、２２ 放電媒体
３１、５１、７１、９１、１２１、１７０、２１０ 放電ランプ
４１ｃ、４２ｃ、４５ｃ、８１ｃ、８２ｃ、１０６ｃ、１０７ｃ テーパ
６１ｂ、６２ｂ、６６ｂ、６８ｂ、８１ｂ、８２ｂ 円筒状導体
６７ テーパ
１３２、１５２、１８１、２２１ 凹面鏡
１３５、１６２ 保持手段
１３７、１６３、１８２、２２２ ランプ挿入部
１５３、１９１、２３１ 透光性密閉手段
２４３ 空間光変調素子
Claims (11)
- 発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された放電媒体と、を備えた放電ランプであって、
前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端に一体的に形成された前記電極軸よりも外径の太い放電部と、で構成され、前記放電部は先端がテーパ状であり、前記放電部の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、
前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記放電部の先端の直径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足することを特徴とする放電ランプ。 - 発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された放電媒体と、を備えた放電ランプであって、
前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端部に嵌め込まれ、前記電極軸の先端側の外周部がテーパ状に形成された円筒状導体を有し、前記円筒状導体の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、
前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記円筒状導体における前記電極軸の先端に近い端面の外径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足することを特徴とする放電ランプ。 - 発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された水銀および希ガスと、を備えた放電ランプであって、
前記水銀の封入量は１５０ｍｇ／ｃｃ以上であり、
前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端に一体的に形成された前記電極軸よりも外径の太い放電部と、で構成され、前記放電部は先端がテーパ状であり、前記放電部の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、
前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記放電部の先端の直径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足し、前記電極に交流電圧を印加して点灯させることを特徴とする放電ランプ。 - 放熱導体は、コイル状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプ。
- 電極の間隔が２ｍｍ以下であり、電極軸の外径をＤ１、放電部の外径をＤ２、前記放電部の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０
Ｄ３／Ｄ１≦９．０
を満足することを特徴とする請求項１又は３記載の放電ランプ。 - 電極の間隔が２ｍｍ以下であり、電極軸の外径をＤ１、円筒状導体の外径をＤ２、前記円筒状導体の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０
Ｄ３／Ｄ１≦９．０
を満足することを特徴とする請求項２記載の放電ランプ。 - 放電媒体は、水銀と希ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいず れかに記載の放電ランプ。
- 電極に交流電圧を印加して点灯させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプ。
- 電極に直流電圧を印加して点灯させるとともに、駆動時間や点灯回数に応じて電圧の極性を反転することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプ。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプと、前記放電ランプから放射される光を所定の方向に反射する凹面鏡と、を備えることを特徴とする光源装置。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプと、前記放電ランプから放射される光を所定の方向に反射する凹面鏡と、を備え、
前記凹面鏡は反射光が出射する開口部と、前記開口部の反対側に設けられたランプ挿入部を有し、
前記放電ランプは一端を前記ランプ挿入部に挿入するとともに、一対の電極間に形成される発光領域の中心が前記凹面鏡の短い側の焦点とおおよそ一致するように配置され、前記発光領域の中心から放射され凹面鏡の有効反射面内に入射する光線が前記放電ランプの電極によって遮光されないことを特徴とする光源装置。
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