ショートアーク型水銀ランプ
【課題】放電ランプとしての耐圧特性や電極の位置精度を有しつつ、プロジェクター装置に適した小型化の光源を提供することである。
【解決手段】内部に一対の電極（２０）が対向配置し、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀とハロゲンを含む包囲体よりなる発光部（１１）を有する構成において、発光部（１１）の外表面には、光取出用開口（３１）を除いて、全表面に反射部材（３０）が施されたことを特徴とする。
【解決手段】内部に一対の電極（２０）が対向配置し、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀とハロゲンを含む包囲体よりなる発光部（１１）を有する構成において、発光部（１１）の外表面には、光取出用開口（３１）を除いて、全表面に反射部材（３０）が施されたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はショートアーク型水銀ランプに関する。特に、プロジェクター装置に使われる小型化したショートアーク型水銀ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクター装置は、より一層の小型軽量化が進展し、装置内部に収納される光源もさらなる小型軽量化が求められている。
従来の光源は、例えば、特開２００３−１３２７０２に開示されるように、放電ランプ（光源ランプ）は凹面形状の反射鏡（リフレクター）の中に組み込まれる。
この場合、プロジェクター装置の大きさは、反射鏡の寸法に大きく依存し、インテグレータ、平面ミラーなどの光学素子は反射鏡の前面開口の大きさに応じて設計されていることがわかる。つまり、プロジェクター装置を小型化するという課題は、すなわち、反射ミラーを小さくするという課題にほかならない。
【０００３】
一方、光源を小型化した構造として、例えば、特開２００５−７０４１１号がある。
この文献には、放電ガスや電極を含む発光管を透光性の円筒部材で構成し、この円筒部材の一端から放射する投射装置が提案され、出射光の損失を抑えつつ、小型化が可能で、かつ、冷却効率に優れた光源を提供している。
しかし、透光性の円筒部材で放電空間は形成することが困難であり、点灯時の圧力が極めて高くなる場合の耐圧構造や、電極間距離を正確にするための配置構造を、精度良く作ることは事実上できない。
【特許文献１】特開２００３−１３２７０２号
【特許文献２】特開２００５−０７０４１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明が解決しようとする課題は、放電ランプとしての耐圧特性や電極の位置精度を有しつつ、プロジェクター装置に適した小型化の光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、この発明に係るショートアーク型水銀ランプは、内部に一対の電極が対向配置し、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀とハロゲンを含む発光部よりなる発光部を有する構成において、前記発光部の外表面には、光取出用開口を除いて、全表面に反射部材が施されたことを特徴とする。
【０００６】
また、光取出用開口には、前記発光部と一体的に外側に突出するレンズが形成されたことを特徴とする。
【０００７】
また、光取出用開口は、発光管残部の位置に設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、この発明に係るショートアーク型水銀ランプは、
第一に、発光管の外表面に反射部材を施して反射機能も持たせるため、ランプと物理的に別部材である反射鏡を持たず、このため装置全体を極めて小さくできる。
第二に、放電ランプの形態を基本的にそのまま維持するため、十分な耐圧構造を保持しつつ、電極の位置なども精度よく設計できる。
第三に、放電ランプから放射される光を、ほぼ全て光取出用開口から放射するため、極めて高い光の利用効率を達成できる。
【実施例】
【０００９】
図１は本発明に係るショートアーク型水銀ランプを示す。
放電ランプ１０は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部１１を有する。この発光部１１の中には一対の電極２０が３ｍｍ以下の間隔で対向配置している。また、発光部１１の両端部には封止部１２が形成される。この封止部１２には、モリブデンよりなる導電用金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設される。金属箔１３の一端には電極２０の軸部が接合しており、また、金属箔１３の他端には外部リード１４が接合して外部の給電装置から給電が行なわれる。
発光部１１には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍの放射光を得るためのもので、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時１５０気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧２５０気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現できる。
【００１０】
希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入される。その機能は点灯始動性を改善することにある。ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀あるいはその他の金属と化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、１０−６μｍｏｌ／ｍｍ３〜１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲から選択される。ハロゲンの機能は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、本発明の放電ランプのように極めて小型できわめて高い点灯蒸気圧のものは、放電容器の失透防止という作用もある。
放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の最大外径10ｍｍ、電極間距離3.0ｍｍ、発光管内容積70ｍｍ３、定格電圧100Ｖ、定格電力20Ｗであり交流点灯される。
また、この種の放電ランプは、小型化するプロジェクター装置に内蔵されるものであり、全体寸法として極めて小型化が要請させる一方で高い発光光量も要求される。このため、発光部内の熱的影響は極めて厳しいものとなる。ランプの管壁負荷値は０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ２、具体的には１．５Ｗ／ｍｍ２となる。
このような高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有することがプロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテーション用機器に搭載された場合に、演色性の良い放射光を提供できる。
【００１１】
反射部材３０が発光部１１の外表面のほぼ全領域には施されている。ただし、一部には反射部材３０が形成されていない光取出用開口３１が存在する。すなわち、発光部１１から放射される光は反射部材３０により反射され、場合よっては多数回反射を繰り返して、最終的に光取出用開口３１から放射される。
ここで、発光部１１が球形である場合、幾何学的にはアーク輝点から放射される光は、反射部材３０で反射されてもアーク輝点に戻ることとなるが、現実には、アークは有限の領域を有するので放射光は最終的には光取出用開口３１から放射することができる。
【００１２】
反射部材３０は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ２）と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の多層膜あるいは、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の多層膜から構成される。また、光取出用開口３１は、例えば、φ５ｍｍ以下の小径からなる。
【００１３】
このような構成により、第一に、発光部１１の外表面に反射部材３０を施しているので、物理的に別部材の凹面反射鏡を必要とすることなく放射光を反射できる。また、物理的に別部材の凹面反射鏡を必要としないことから装置全体を極めて小型にできる。このことは、Ａ４版サイズやＢ５版サイズのプロジェクター装置から、モバイル型プロジェクター装置を提供することが可能となり、さらに、パソコン本体にプロジェクター装置を内蔵することも可能となる。また、別部材の凹面反射鏡を必要としないことから、放電ランプを冷却するための構造上の自由度が増し、容易に冷却することができる。
【００１４】
第二に、放電ランプの形態を基本的にそのまま維持しているため、十分な耐圧構造を保持しつつ、電極の位置なども精度よく設計できる。特に、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入される放電ランプにあっては、点灯時圧力が１５０気圧以上の高圧になるが、それに耐えうる構造を容易に提供できる。第三に、放電ランプから放射される光を、ほぼ全て光取出用開口から放射するため、極めて高い光の利用効率を達成できる。
【００１５】
図２は本発明に係るショートアーク型水銀ランプの他の実施形態を示す。
図１と同一番号は同一の構成を示し、図１と異なるところは、光取出用開口３１からレンズ部材３２を伸びており、このレンズ部材３２は発光部１１を構成する部材を一体的に形成される。
従って、ランプ１０からの放射光は、ほぼ全てが光取出用開口３１から取り出されるが、当該光はレンズ部材３２の中をファイバー効果によって伝達することで良好に導かれる。
【００１６】
図３は本発明に係るショートアーク型水銀ランプの他の実施形態を示す。
図１と同一番号は同一の構成を示し、図１と異なるところは、光取出用開口３１が排気管残部３２の位置に形成されている。排気管残部３２は、放電ランプの製造工程において、発光部からガスを排気する場合などに使う排気管を最終的に切除した場合に残るものであり、通常はチップと称するように、小さなガラスの塊となる。この実施形態は、排気管残部３２を光取出用開口３１の位置に設けることでレンズ効果を持たせるものである。なお、排気管残部３２の外表面は平滑化することが望ましい。
【００１７】
放電ランプの製造方法を簡単に説明する。まず、放電ランプの形状にできあがった石英ガラスを旋盤に取り付けて回転させる。発光部に相当する位置にカーボンローラーを押し当てて発光部表面を成形する。この状態は電極や金属箔あるいは水銀などの発光物質は封入しておらず、石英ガラスだけである。
次に、放電ランプの形状をした石英ガラスを旋盤から取り外し、成形型の中に入れた状態で石英ガラスの内部に圧縮空気を加圧させる。これは一般にブローニングと呼ばれる製法で型に突起に相当する形を凹部として作っておくことで、石英ガラスの外表面にレンズを作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明に係るショートアーク型水銀ランプを示す。
【図２】図１は本発明に係るショートアーク型水銀ランプを示す。
【図３】図１は本発明に係るショートアーク型水銀ランプを示す。
【符号の説明】
【００１９】
１０ 放電ランプ
１１ 発光部
１２ 封止部
１３ 金属箔
１４ 外部リード
２０ 電極
３０ 反射部材
３１ 光取出用開口
３２ 排気管残部
【技術分野】
【０００１】
この発明はショートアーク型水銀ランプに関する。特に、プロジェクター装置に使われる小型化したショートアーク型水銀ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクター装置は、より一層の小型軽量化が進展し、装置内部に収納される光源もさらなる小型軽量化が求められている。
従来の光源は、例えば、特開２００３−１３２７０２に開示されるように、放電ランプ（光源ランプ）は凹面形状の反射鏡（リフレクター）の中に組み込まれる。
この場合、プロジェクター装置の大きさは、反射鏡の寸法に大きく依存し、インテグレータ、平面ミラーなどの光学素子は反射鏡の前面開口の大きさに応じて設計されていることがわかる。つまり、プロジェクター装置を小型化するという課題は、すなわち、反射ミラーを小さくするという課題にほかならない。
【０００３】
一方、光源を小型化した構造として、例えば、特開２００５−７０４１１号がある。
この文献には、放電ガスや電極を含む発光管を透光性の円筒部材で構成し、この円筒部材の一端から放射する投射装置が提案され、出射光の損失を抑えつつ、小型化が可能で、かつ、冷却効率に優れた光源を提供している。
しかし、透光性の円筒部材で放電空間は形成することが困難であり、点灯時の圧力が極めて高くなる場合の耐圧構造や、電極間距離を正確にするための配置構造を、精度良く作ることは事実上できない。
【特許文献１】特開２００３−１３２７０２号
【特許文献２】特開２００５−０７０４１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明が解決しようとする課題は、放電ランプとしての耐圧特性や電極の位置精度を有しつつ、プロジェクター装置に適した小型化の光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、この発明に係るショートアーク型水銀ランプは、内部に一対の電極が対向配置し、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀とハロゲンを含む発光部よりなる発光部を有する構成において、前記発光部の外表面には、光取出用開口を除いて、全表面に反射部材が施されたことを特徴とする。
【０００６】
また、光取出用開口には、前記発光部と一体的に外側に突出するレンズが形成されたことを特徴とする。
【０００７】
また、光取出用開口は、発光管残部の位置に設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、この発明に係るショートアーク型水銀ランプは、
第一に、発光管の外表面に反射部材を施して反射機能も持たせるため、ランプと物理的に別部材である反射鏡を持たず、このため装置全体を極めて小さくできる。
第二に、放電ランプの形態を基本的にそのまま維持するため、十分な耐圧構造を保持しつつ、電極の位置なども精度よく設計できる。
第三に、放電ランプから放射される光を、ほぼ全て光取出用開口から放射するため、極めて高い光の利用効率を達成できる。
【実施例】
【０００９】
図１は本発明に係るショートアーク型水銀ランプを示す。
放電ランプ１０は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部１１を有する。この発光部１１の中には一対の電極２０が３ｍｍ以下の間隔で対向配置している。また、発光部１１の両端部には封止部１２が形成される。この封止部１２には、モリブデンよりなる導電用金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設される。金属箔１３の一端には電極２０の軸部が接合しており、また、金属箔１３の他端には外部リード１４が接合して外部の給電装置から給電が行なわれる。
発光部１１には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍの放射光を得るためのもので、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時１５０気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧２５０気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現できる。
【００１０】
希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入される。その機能は点灯始動性を改善することにある。ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀あるいはその他の金属と化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、１０−６μｍｏｌ／ｍｍ３〜１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲から選択される。ハロゲンの機能は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、本発明の放電ランプのように極めて小型できわめて高い点灯蒸気圧のものは、放電容器の失透防止という作用もある。
放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の最大外径10ｍｍ、電極間距離3.0ｍｍ、発光管内容積70ｍｍ３、定格電圧100Ｖ、定格電力20Ｗであり交流点灯される。
また、この種の放電ランプは、小型化するプロジェクター装置に内蔵されるものであり、全体寸法として極めて小型化が要請させる一方で高い発光光量も要求される。このため、発光部内の熱的影響は極めて厳しいものとなる。ランプの管壁負荷値は０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ２、具体的には１．５Ｗ／ｍｍ２となる。
このような高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有することがプロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテーション用機器に搭載された場合に、演色性の良い放射光を提供できる。
【００１１】
反射部材３０が発光部１１の外表面のほぼ全領域には施されている。ただし、一部には反射部材３０が形成されていない光取出用開口３１が存在する。すなわち、発光部１１から放射される光は反射部材３０により反射され、場合よっては多数回反射を繰り返して、最終的に光取出用開口３１から放射される。
ここで、発光部１１が球形である場合、幾何学的にはアーク輝点から放射される光は、反射部材３０で反射されてもアーク輝点に戻ることとなるが、現実には、アークは有限の領域を有するので放射光は最終的には光取出用開口３１から放射することができる。
【００１２】
反射部材３０は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ２）と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の多層膜あるいは、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の多層膜から構成される。また、光取出用開口３１は、例えば、φ５ｍｍ以下の小径からなる。
【００１３】
このような構成により、第一に、発光部１１の外表面に反射部材３０を施しているので、物理的に別部材の凹面反射鏡を必要とすることなく放射光を反射できる。また、物理的に別部材の凹面反射鏡を必要としないことから装置全体を極めて小型にできる。このことは、Ａ４版サイズやＢ５版サイズのプロジェクター装置から、モバイル型プロジェクター装置を提供することが可能となり、さらに、パソコン本体にプロジェクター装置を内蔵することも可能となる。また、別部材の凹面反射鏡を必要としないことから、放電ランプを冷却するための構造上の自由度が増し、容易に冷却することができる。
【００１４】
第二に、放電ランプの形態を基本的にそのまま維持しているため、十分な耐圧構造を保持しつつ、電極の位置なども精度よく設計できる。特に、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入される放電ランプにあっては、点灯時圧力が１５０気圧以上の高圧になるが、それに耐えうる構造を容易に提供できる。第三に、放電ランプから放射される光を、ほぼ全て光取出用開口から放射するため、極めて高い光の利用効率を達成できる。
【００１５】
図２は本発明に係るショートアーク型水銀ランプの他の実施形態を示す。
図１と同一番号は同一の構成を示し、図１と異なるところは、光取出用開口３１からレンズ部材３２を伸びており、このレンズ部材３２は発光部１１を構成する部材を一体的に形成される。
従って、ランプ１０からの放射光は、ほぼ全てが光取出用開口３１から取り出されるが、当該光はレンズ部材３２の中をファイバー効果によって伝達することで良好に導かれる。
【００１６】
図３は本発明に係るショートアーク型水銀ランプの他の実施形態を示す。
図１と同一番号は同一の構成を示し、図１と異なるところは、光取出用開口３１が排気管残部３２の位置に形成されている。排気管残部３２は、放電ランプの製造工程において、発光部からガスを排気する場合などに使う排気管を最終的に切除した場合に残るものであり、通常はチップと称するように、小さなガラスの塊となる。この実施形態は、排気管残部３２を光取出用開口３１の位置に設けることでレンズ効果を持たせるものである。なお、排気管残部３２の外表面は平滑化することが望ましい。
【００１７】
放電ランプの製造方法を簡単に説明する。まず、放電ランプの形状にできあがった石英ガラスを旋盤に取り付けて回転させる。発光部に相当する位置にカーボンローラーを押し当てて発光部表面を成形する。この状態は電極や金属箔あるいは水銀などの発光物質は封入しておらず、石英ガラスだけである。
次に、放電ランプの形状をした石英ガラスを旋盤から取り外し、成形型の中に入れた状態で石英ガラスの内部に圧縮空気を加圧させる。これは一般にブローニングと呼ばれる製法で型に突起に相当する形を凹部として作っておくことで、石英ガラスの外表面にレンズを作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明に係るショートアーク型水銀ランプを示す。
【図２】図１は本発明に係るショートアーク型水銀ランプを示す。
【図３】図１は本発明に係るショートアーク型水銀ランプを示す。
【符号の説明】
【００１９】
１０ 放電ランプ
１１ 発光部
１２ 封止部
１３ 金属箔
１４ 外部リード
２０ 電極
３０ 反射部材
３１ 光取出用開口
３２ 排気管残部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に一対の電極が対向配置し、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀とハロゲンを含む包囲体よりなる発光部を有するショートアーク型水銀ランプにおいて、
前記発光部の外表面には、光取出用開口を除いて、全表面に反射部材が施されたことを特徴とするショートアーク型水銀ランプ。
【請求項２】
前記光取出用開口には、前記発光部と一体的に外側に突出するレンズが形成されたことを特徴とする請求項１のショートアーク型水銀ランプ。
【請求項３】
前記光取出用開口は、発光管残部の位置に設けられたことを特徴とする請求項１のショートアーク型水銀ランプ。
【請求項１】
内部に一対の電極が対向配置し、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀とハロゲンを含む包囲体よりなる発光部を有するショートアーク型水銀ランプにおいて、
前記発光部の外表面には、光取出用開口を除いて、全表面に反射部材が施されたことを特徴とするショートアーク型水銀ランプ。
【請求項２】
前記光取出用開口には、前記発光部と一体的に外側に突出するレンズが形成されたことを特徴とする請求項１のショートアーク型水銀ランプ。
【請求項３】
前記光取出用開口は、発光管残部の位置に設けられたことを特徴とする請求項１のショートアーク型水銀ランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２５８０５５（Ｐ２００７−２５８０５５Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８２５００（Ｐ２００６−８２５００）
【出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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