放電ランプ、光源装置及びプロジェクター
【課題】放電容器の失透を効果的に低減でき、かつ、電極が細ることを抑制して、ランプ寿命を大幅に改善することのできる放電ランプ、及びこれを用いた光源装置、プロジェクターを提供すること。
【解決手段】発光管１０において、失透しやすい頭頂部ＴＰを内側保護層１８のうち比較的厚い第１保護膜部分ＭＰ１で覆って保護することで、膨出部１０Ａでの失透を十分に低減できる。また、黒化を発生しやすい周辺部ＣＰを比較的薄い第２保護膜部分ＭＰ２で覆っている。これにより、黒化に伴って生じる失透が低減される。以上により、膨出部１０Ａにおける失透の発生を効果的に低減することができる。また、周辺部ＣＰ上での内側保護層１８が比較的薄い形状であるため、ホウ素が蒸発してタングステン製の電極１１ａ，１１ａを劣化させること、すなわち当該電極が細ることを抑制できる。
【解決手段】発光管１０において、失透しやすい頭頂部ＴＰを内側保護層１８のうち比較的厚い第１保護膜部分ＭＰ１で覆って保護することで、膨出部１０Ａでの失透を十分に低減できる。また、黒化を発生しやすい周辺部ＣＰを比較的薄い第２保護膜部分ＭＰ２で覆っている。これにより、黒化に伴って生じる失透が低減される。以上により、膨出部１０Ａにおける失透の発生を効果的に低減することができる。また、周辺部ＣＰ上での内側保護層１８が比較的薄い形状であるため、ホウ素が蒸発してタングステン製の電極１１ａ，１１ａを劣化させること、すなわち当該電極が細ることを抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ガラス製の放電容器を有する放電ランプ及びこれを用いた光源装置、プロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに使用される光源装置としては、例えば超高圧水銀ランプ等の放電ランプが主に用いられている。放電ランプを構成する放電容器として、高純度の石英ガラスが多く用いられている。高純度の石英ガラスは、粘度が高く、硬く変形し難い性質を有している。さらに、高純度の石英ガラスは、高温時においても結晶化し難く、放電容器としてある程度の期間にわたって十分な透光性を確保することができる。
【０００３】
しかしながら、石英ガラスを用いた場合であっても、長時間・長期間にわたって使用を続けると、最終的には結晶化（失透）に至るという問題点があった。また、長時間・長期間の使用に伴い、タングステン製の電極が細くなるという問題もある。
【０００４】
上記の問題を解決するために、放電容器内面にホウ素酸化物膜を形成することによって、シリカガラスの結晶化を抑制することが試みられている（特許文献１）。しかしながら、このような方法では、石英ガラスの結晶化をある程度抑制できても、例えばタングステン製の電極が細くなることを必ずしも抑制することができない。また、立方晶系窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）薄膜や窒化珪素ホウ素（ＳｉＢＮ）薄膜を用いるもの、あるいは酸化イットリウム等の保護膜を用いたもの知られているが（特許文献２〜４）、これらの場合、いずれも化学気相析出（ＣＶＤ）法を用いており、放電容器内面に厚く成膜することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９８９７７号公報
【特許文献２】特開平６−３３３５３５号公報
【特許文献３】特開平９−１４７８０１号公報
【特許文献４】特開２００８−２７００７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、放電容器の失透を効果的に低減でき、かつ、電極が細ることを抑制して、ランプ寿命を大幅に改善することのできる放電ランプ、及びこれを用いたプロジェクターを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る放電ランプは、放電用の一対の電極と、石英ガラスで形成され、放電媒体を封入するための内部空間を有するとともに内部空間に一対の電極を離間配置する放電容器と、を備え、放電容器は、内部空間を囲む膨出部と、膨出部の両端から延び一対の電極をそれぞれ支持する一対の封止部と、膨出部の内表面に一対の電極間の中心に対向する頭頂部から一対の封止部側に位置する周辺部にわたって設けられ、頭頂部よりも周辺部の膜厚が相対的に薄くなる内側保護層と、を有する。ここで、頭頂部とは、放電容器のうち最も膨らんだ胴回り部分の全体を指す。例えば放電容器が一対の電極間を通る中心線を軸とする回転体であり、膨出部のうち一対の電極間の中心の側方が最も膨らんだ形状となっている場合、当該最も膨らんだ帯状の部分全体が頭頂部である。
【０００８】
上記放電ランプでは、膨出部の内表面において、頭頂部より周辺部の膜厚が相対的に薄くなる内側保護層を有するので、放電による影響を受けやすく失透しやすい頭頂部を内側保護層のうち比較的厚い部分で覆うことで十分に保護して、失透を低減できる。また、失透の一要因となる黒化が発生しやすい周辺部を内側保護層のうち比較的薄い部分で覆うことで黒化の発生を抑制できる。このように、黒化の発生を抑制することによって、熱の蓄積を防止して失透をさらに低減できる。以上により、内表面側における失透の発生を効果的に低減することができる。また、上記のように周辺部で内側保護層が比較的薄い形状であるため、膜厚が一定である場合に比べて、ホウ素が蒸発してタングステン製の電極を劣化させること、すなわち当該電極が細ることを抑制できる。
【０００９】
本発明の具体的な側面によれば、内側保護層の膜厚は、段階的に変化している。この場合、例えば部分領域の成膜を含む複数回の段階的な成膜によって、比較的容易に膜厚差を有する内側保護層を形成できる。
【００１０】
本発明の別の側面によれば、内側保護層において、比較的厚い第１保護膜部分と比較的薄い第２保護膜部分との境界部は、一対の封止部の端部と膨出部の端部との接合部として形成されるくびれ部分に対応する位置に形成される。この場合、膨出部の内表面のうち、特に失透しやすい箇所を厚く成膜することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面によれば、内側保護層は、前記膨出部の内表面上において、三酸化二ホウ素を塗布及び溶融して形成される。この場合、膨出部の内表面が、例えば球状のような曲面であっても、所望の膜厚で成膜でき、また、例えば部分領域の成膜を行うといったことも比較的容易である。
【００１２】
本発明のさらに別の側面によれば、内側保護層は、石英ガラスにホウ素を拡散させた層を含む。この場合、この拡散層は、Ｓｉ−Ｂ−Ｏ系のガラスで形成され、高い透光性を有するだけでなく、化学的な安定性及び耐熱性に非常に優れていることから、ランプ使用時に高温に晒されても変質しにくい。
【００１３】
本発明のさらに別の側面によれば、内側保護層の膜厚は、頭頂部において１μｍ以上２０μｍ以下であり、一対の封止部側の周辺部において０．１μｍ以上１μｍ未満である。この場合、頭頂部での失透を十分低減でき、かつ、周辺部での黒化の抑制を図ることができる。
【００１４】
本発明に係る光源装置は、上述の放電ランプと、放電ランプから射出された光束を反射するリフレクターと、を備える。本発明の光源装置は光束を長期に亘って照射することが可能な光源ランプを備えており、信頼性を有するものとなる。
【００１５】
本発明に係るプロジェクターは、上述の光源装置と、光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、光変調装置で変調された像光を投射する投射レンズと、を備える。本発明のプロジェクターは、高輝度な照明光を長期に亘って照射することが可能な光源装置を備えており、高い表示品位や信頼性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の放電ランプを組み込んだ光源装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施形態の放電ランプの構成を示す断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、放電ランプの頭頂部付近及び周辺部付近での膨出部の内表面をそれぞれ示す図である。
【図４】放電ランプの製造工程を示すフローチャートを示す図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は、放電ランプの製造工程の途中における発光管の部分拡大断面図を示す。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、変形例について示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、放電時間の経過に伴う電極の変化の様子を示す図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｉ）は、比較例の放電ランプについて、放電時間の経過に伴う電極の変化の様子を示す図である。
【図９】（Ａ）は、実施例の放電ランプの放電容器の状態を示す図であり、（Ｂ）は比較例の放電ランプの放電容器の状態を示す図である。
【図１０】プロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１）放電ランプを組み込んだ光源装置
以下、図１等を参照して、本発明の一実施形態に係る放電ランプを組み込んだ光源装置について説明する。
【００１８】
図１に示す光源装置１は、リフレクター１２と、リフレクター１２の内部に配置される放電ランプ３とを備える。放電ランプ３は、基本的に石英ガラスで形成される発光管１０と、発光管１０内に配置された一対の電極１１ａ，１１ａとを有し、発光管１０内には放電媒体が封入されている。
【００１９】
図２に示すように、発光管１０は、石英ガラスすなわちシリカ（ＳｉＯ２）ガラスで形成され光透過性を有するチューブ状の放電容器である。発光管１０は、一対の電極１１ａ，１１ａ間を通る中心線である光軸ＯＡを軸とする回転体であり、中央部において球状に膨出する膨出部１０Ａと、膨出部１０Ａの両側に延在する一対の封止部１０Ｂ，１０Ｂとを有し、両封止部１０Ｂ，１０Ｂに挟まれた膨出部１０Ａの内部には、放電媒体を充填した内部空間１４が形成されている。内部空間１４の内径は、例えば略１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。ここで、回転体形状を有する膨出部１０Ａのうち、最も膨らんだ胴回り部分の全体を頭頂部ＴＰとし、頭頂部ＴＰの周辺側すなわち一対の封止部１０Ｂ，１０Ｂ側の部分を周辺部ＰＰとする。この場合、頭頂部ＴＰは、発光中心、すなわち内部空間１４内の発光部１５の中心から光軸ＯＡに対して垂直である側方で発光中心に対向したものとなっている。従って、頭頂部ＴＰは、発光中心から放射状に射出される光の影響を受けやすい。
【００２０】
封止部１０Ｂ，１０Ｂには、棒状に延び先端が塊状に膨らんだ外形を有する電極１１ａ，１１ａがそれぞれ互いの端部を離間させた状態で配置されている。電極１１ａ，１１ａの材料には、導電性材料であって、特に熱膨張係数が小さく耐熱性が高い材料、具体的にはタングステンが適している。
【００２１】
封止部１０Ｂ，１０Ｂの内部には、一対の電極１１ａ，１１ａと電気的に接続されるモリブデン製の金属箔１１ｂが挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔１１ｂには、さらに電極引き出し線としてのリード線３３が接続され、このリード線３３は、放電ランプ３の外部まで延出しており、不図示の電源に接続可能になっている。
【００２２】
内部空間１４内に充填される放電媒体としては、水銀のような発光物質のほか、希ガス、ハロゲン化合物等を含めることができる。ここで、水銀は、例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ３〜０．３２ｍｇ／ｍｍ３の封入量であり、１５０ｂａｒ〜１９０ｂａｒの蒸気圧で封入されることが好ましい。また、希ガスは、発光を補助するために用いられるものであり、特に限定されないが、アルゴンガス、キセノンガス等を用いることができる。さらに、ハロゲンは、ハロゲンサイクルによって電球内面の黒化を防ぐためのものであり、塩素、臭素、及び沃素のうちのいずれか一つ以上を用いることができ、特に臭素を用いることが好ましい。
【００２３】
図２に示すように、放電容器である発光管１０の中央の膨出部１０Ａから封止部１０Ｂ，１０Ｂにかけての内表面１０ｃには、放電ランプ３の耐久性向上のため内側保護層１８が形成されている。内側保護層１８は、膨出部１０Ａのうち一対の電極１１ａ，１１ａ間の発光中心、すなわち内部空間１４内の発光部１５の中心に対向する頭頂部ＴＰから一対の封止部１０Ｂ，１０Ｂ側に位置する周辺部ＰＰに向かって、頭頂部ＴＰよりも周辺部ＰＰの膜厚が相対的に薄くなるように成膜されている。
【００２４】
また、内側保護層１８は、例えば、図３（Ａ）等に示すように、酸化ホウ素を含有する表皮層であり、石英ガラスで形成した本体部１０ｂに隣接する拡散層１８ａと、拡散層１８ａを覆う被覆層１８ｂとを有する。拡散層１８ａは、発光管１０の内表面１０ｃ全体にホウ素を拡散させることで形成されたものであり、ＳｉＯ２にＢ２Ｏ３等を添加したＳｉ−Ｂ−Ｏ系のガラス材料層となっている。この拡散層１８ａは、最上層から内部（発光管１０の管壁の深部）に向かってホウ素の濃度が漸次小さくなるような分布を有して形成されており、発光管１０の本体部１０ｂを被覆する表面改質層となっている。被覆層１８ｂは、実質的にＢ２Ｏ３で形成された膜であり、このＢ２Ｏ３膜によって拡散層１８ａの表面全体が覆われている。
【００２５】
以下、内側保護層１８について、より具体的に説明する。図２に示すように、内側保護層１８は、頭頂部ＴＰ側を覆う比較的厚い第１保護膜部分ＭＰ１と、周辺部ＰＰ側を覆う比較的薄い第２保護膜部分ＭＰ２とを有する。これにより、内側保護層１８は、２段階で段階的に膜厚を変化させた構造となっており、頭頂部ＴＰより周辺部ＰＰの方が膜厚が相対的に薄くなっている。つまり、図３（Ａ）及び３（Ｂ）に模式的に示すように、第１保護膜部分ＭＰ１に含まれる部分ＣＰ１の膜厚Ｔ１と、第２保護膜部分ＭＰ２に含まれる部分ＣＰ２の膜厚Ｔ２とを比較すると、Ｔ１＞Ｔ２となっている。この際、膜厚Ｔ１は、１μｍ以上２０μｍ以下、特に１０μｍ以下であることが、頭頂部での失透を十分低減でき、かつ、作製の困難性を回避できるものとして望ましい。また、膜厚Ｔ２は、０．１μｍ以上１μｍ未満であることが、黒化の抑制を図ることで失透を低減し、かつ、電極１１ａ，１１ａを細くさせないために望ましい。なお、この場合、各保護膜部分ＭＰ１，ＭＰ２の拡散層１８ａの厚さ及び被覆層１８ｂの厚さについても、膜厚Ｔ１，Ｔ２の厚さの差に応じて異なっており、同様の大小関係を有する。
【００２６】
また、図２に示すように、第１保護膜部分ＭＰ１と第２保護膜部分ＭＰ２との境界部ＳＰは、一対の封止部１０Ｂ，１０Ｂの端部と膨出部１０Ａの端部との接合部であるくびれ部分ＷＰに対応する位置に形成されている。具体的には、図において、電極１１ａ，１１ａ間の発光中心、すなわち内部空間１４内の発光部１５の中心からくびれ部分ＷＰに向けて延びる点線Ｑ１，Ｑ２上に境界部ＳＰが形成されている。
【００２７】
以上のように、発光管１０において、まず、放電による影響を受けやすく失透しやすい頭頂部ＴＰを内側保護層１８のうち比較的厚い第１保護膜部分ＭＰ１で覆って保護している。これにより、膨出部１０Ａでの失透を十分に低減できる。また、失透の一要因となる黒化を発生しやすい周辺部ＣＰを内側保護層１８のうち比較的薄い第２保護膜部分ＭＰ２で覆っている。これにより、黒化によって熱が蓄積することで黒化した部分の周辺に失透が生じ、さらに熱が蓄積しやすくなることで失透した部分が拡がっていき照明光に影響を及ぼす、という事態を回避することができる。以上により、膨出部における失透の発生を効果的に低減することができる。また、周辺部ＣＰ上での内側保護層１８が比較的薄い形状であるため、膜厚が一定なままの場合に比べて、ホウ素が蒸発してタングステン製の電極１１ａ，１１ａを劣化させること、すなわち電極１１ａ，１１ａが細ることを抑制できる。
【００２８】
図１に戻って、リフレクター１２は、放電ランプ３の封止部１０Ｂが挿通される首状部２１と、この首状部２１から拡がる曲面状の反射部２２とを備えたガラス製の一体成形品である。首状部２１には、中央に挿入孔２３が形成されており、この挿入孔２３の中心に放電ランプ３の一方の封止部１０Ｂが配置されて固定される。封止部１０Ｂの固定に際しては、上記一方の封止部１０Ｂをリフレクター１２の挿入孔２３に挿入し、挿入孔２３内部の隙間にシリカ、アルミナ等を主成分とする無機系接着剤を充填する。これにより、リフレクター１２に放電ランプ３が確実に固定される。リフレクター１２の反射部２２は、曲面状のガラス内面に無機材料膜、金属薄膜等を蒸着して形成され、この反射部２２の反射面は、例えば可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーとなっている。
【００２９】
放電ランプ３は、この反射部２２の内部に配置され、膨出部１０Ａ内に支持された電極１１ａ，１１ａ間の発光中心、すなわち内部空間１４内の発光部１５の中心が反射部２２の曲面ミラーの焦点位置と一致するように配置される。放電ランプ３を点灯すると、膨出部１０Ａから放射された光束は、反射部２２の反射面で光束射出方向ＡＢ側に反射される。
【００３０】
副反射鏡１３は、膨出部１０Ａの光束射出方向ＡＢ側を覆う反射部材であり、その反射面は、膨出部１０Ａの内表面１０ｃ（すなわち内部空間１４を画成する球状面）や膨出部１０Ａの外表面１０ａに倣う凹曲面状に形成されている。副反射鏡１３の反射面は、リフレクター１２と同様にコールドミラーとなっている。
【００３１】
上述した放電ランプ３において、一対の封止部１０Ｂから外側に延出する一対のリード線３３間に電圧を印加すると、電極１１ａ，１１ａ間で放電が生じて発光部１５が発光する。そして、放電ランプ３の膨出部１０Ａから前方側に射出された光束の一部は、この副反射鏡１３の反射面にて反射され、膨出部１０Ａ内に再度戻される。そして、この戻り光の一部が膨出部１０Ａの内部空間１４に封入された放電媒体に吸収されるとともに、その他の戻り光がリフレクター１２側に向けて進み、リフレクター１２の反射部２２で反射されて全体として光束射出方向ＡＢの向きに射出される。
【００３２】
以上の光源装置１は、発光管（放電容器）１０が内側保護層１８で被覆された放電ランプ３を備えており、発光管１０の失透を長期的に低減することができ、電極１１ａ，１１ａが細る劣化を抑制できるので、ランプ寿命を大幅に改善できる。
【００３３】
２）放電ランプの製造方法
以下の説明では、本願発明の特徴部分である放電ランプ３の発光管１０の内表面１０ｃに内側保護層１８を形成する工程について詳しく説明し、他の工程については説明を省略し又は簡略化する。
【００３４】
図４は放電ランプ３の製造工程を示すフローチャートであり、図５（Ａ）及び５（Ｂ）は内表面１０ｃの形成中における発光管１０の部分拡大断面図を示す。
【００３５】
図４に示すように、放電ランプ３の製造方法は、段階層形成工程（ステップＳ１）と、熱処理工程（ステップＳ２）と、電極設置及び放電媒体封入工程（ステップＳ３）とを有している。ここで、ステップＳ１の段階層形成工程には、液体材料を塗布する複数の液体材料塗布工程が含まれる。
【００３６】
まず、発光管１０の本体部１０ｂとなるべき石英ガラス管を準備する。この石英ガラス管は、膨出部１０Ａに対応する中央部で内径が大きく、封止部１０Ｂ，１０Ｂに対応する両端部で断面積が小さいものとする。
【００３７】
図５（Ａ）に示すように、発光管１０の内表面１０ｃに三酸化ニホウ素（Ｂ２Ｏ３）を溶媒で溶かした液体材料を塗布し、塗布した液体状材料を乾燥させて塗布膜（酸化ホウ素の固化微粒子層１７）とする（ステップＳ１）。なお、この際、塗布及び乾燥を複数回に分けて塗布領域を変化させつつ行うことで、固化微粒子層１７に膜厚差を設けることができ、完成時に境界部ＳＰ（図２参照）を形成できる。つまり、例えば１回目の塗布では、内表面１０ｃのうち第１保護膜部分ＭＰ１を形成する箇所のみに部分的に液体状材料の塗布・乾燥を行い、２回目の塗布では、内表面１０ｃ全体に対応する箇所に液体状材料の塗布・乾燥を行う。これにより、固化微粒子層１７を２段階の膜厚を有する状態にすることができる。
【００３８】
次に、ステップＳ１で形成した固化微粒子層１７を、発光管１０を炉内で加熱・焼成することによって酸化ホウ素の固化微粒子層１７を溶融させ、図５（Ｂ）に示すように、発光管１０の内表面１０ｃの管壁中にホウ素を拡散させる（ステップＳ２）。発光管１０を形成する石英ガラス（ＳｉＯ２）中にホウ素が拡散することで拡散層１８ａが形成され、内表面１０ｃ（管壁の最表層）が改質される。ここで、固化微粒子層１７を加熱することによって、酸化ホウ素の固化微粒子層１７が接している内表面１０ｃの最表層から深部に向かってホウ素が漸次拡散していく。このため、ホウ素の濃度としては、最表面側が最も大きく、管壁の厚さ方向に向かうに従って漸次小さくなるような分布となる。このようにして、内表面１０ｃの最表層から管壁の厚さ方向の深部に向かってホウ素の濃度が漸次小さくなるような濃度傾斜を有した拡散層１８ａが、改質層として下地の本体部１０ｂ上に本体部１０ｂを覆うように形成される。また、拡散層１８ａが形成されるのと同時に、この拡散層１８ａ上にガラス状のＢ２Ｏ３膜で形成された被覆層１８ｂが残る。
【００３９】
ステップＳ２で作製された発光管１０の内部に電極１１ａ、１１ａを設置するとともに水銀及びハロゲンガスを封入する（ステップＳ３）。これにより、放電ランプ３が完成する。この放電ランプ３は、図１に示すような光源装置１の組み立てに際して構成部品として利用される。つまり、放電ランプ３に副反射鏡１３やリフレクター１２を固定して、光源装置１を得る。
【００４０】
なお、図６（Ａ）及び６（Ｂ）に示すように、内側保護層１８において、被覆層１８ｂを省略したものとすることもできる。つまり、例えば上記ステップＳ２において、残った被覆層１８ｂをエッチング等により除去することで、拡散層１８ａのみによって内側保護層１８を構成できる。これにより、内部空間でのホウ素の蒸発をさらに抑制することができる。
【００４１】
３）実施例
図７（Ａ）〜７（Ｃ）は、放電ランプ３の使用による電極１１ａの変化について示す図である。具体的には、図７（Ａ）が使用開始後３０７時間を経過した時の電極１１ａの形状を示すものであり、図７（Ｂ）が使用開始後５３９時間、図７（Ｃ）が使用開始後８００時間を経過した時の電極１１ａの形状を示すものである。図示のように、この場合、電極１１ａの先端側には多少の劣化がみられるが、軸側は比較的太い状態が保たれている。これに対して、図８（Ａ）〜８（Ｉ）に示す比較例では、いずれも電極１１ａの劣化が激しくなっている。具体的には、図８（Ａ）〜８（Ｃ）は、放電ランプ３において、内側保護層１８が膜厚差を設けず一様に厚い膜で成膜したものである場合の電極１１ａの変化について示す図である。図８（Ａ）〜８（Ｃ）は、それぞれ使用開始後２６１時間、４５０時間及び７３９時間を経過したものである。同様に、図８（Ｄ）〜８（Ｆ）は、放電ランプ３において、内側保護層１８が膜厚差を設けず一様に薄い膜で成膜したものである場合の電極１１ａの変化について示す図である。図８（Ｄ）〜８（Ｆ）は、それぞれ使用開始後２６１時間、４５０時間及び７３９時間を経過したものである。また、図８（Ｇ）〜８（Ｉ）は、放電ランプ３において、内側保護層１８を設けていない場合の電極１１ａの変化について示す図である。図８（Ｇ）〜８（Ｉ）は、それぞれ使用開始後２６１時間、４５０時間及び７３９時間を経過したものである。図８（Ａ）〜８（Ｆ）の場合、特に軸側が細くなっている。また、図８（Ｇ）〜８（Ｉ）の場合、特に先端側の形状の崩れが激しい。これらに比較して、本実施形態では、電極１１ａの劣化が抑制されていることが分かる。
【００４２】
また、図９（Ａ）は、放電ランプ３の使用による発光管１０の膨出部１０Ａの変化について示す図である。具体的には、放電ランプ３の使用開始後７５０時間を経過した時の膨出部１０Ａの形状を示すものである。この場合、膨出部１０Ａの内表面において、失透がほとんど発生していない。これに対して、図９（Ｂ）は、比較例として内側保護層１８を設けていない場合の放電ランプ３の使用による膨出部１０Ａの変化について示す図であり、使用開始後７５０時間を経過した時の膨出部１０Ａの形状を示すものである。この場合、図示のように、膨出部１０Ａの一部１０Ｐが失透している。
【００４３】
４）プロジェクター
次に、上記実施形態の放電ランプを用いたプロジェクターについて説明する。
【００４４】
図１０は、プロジェクターの構成例を示す平面図である。図示のプロジェクター１００の内部には、照明系として、図１に示す光源装置１を備えたランプユニット１０２が設けられている。このランプユニット１０２は、光源装置１のほかに、光束を平行化するコリメーターレンズ５１、光束を均一化するインテグレーター５２、光束の偏光方向を揃える偏光変換装置５３、光束を重ねる重畳レンズ５４等を備える。
【００４５】
ランプユニット１０２から射出された投射光は、ライトガイド１０４内に配置された４枚のミラー１０６及び２枚のダイクロイックミラー１０８によってＲＧＢの３原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル（光変調部）１１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇに入射される。
【００４６】
各液晶パネル１１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇは、光変調用の能動素子である液晶素子６１を一対の偏光フィルム６２，６２の間に配置した構造を有する光変調装置であり、不図示の画像信号処理回路から供給されるＲ、Ｇ、Ｂの原色信号でそれぞれ駆動される。そして、これらの液晶パネル１１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇによって変調された光は、ダイクロイックプリズム１１２に３方向から入射される。このダイクロイックプリズム１１２においては、Ｒ及びＢの光が９０度に屈折する一方、Ｇの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ１１４を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。ここで、各液晶パネル１１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇによる表示像について着目すると、液晶パネル１１０Ｇによる表示像は、液晶パネル１１０Ｒ，１１０Ｂによる表示像に対して左右反転することが必要となる。
【００４７】
プロジェクター１００は、ランプユニット１０２中に図１に示す放電ランプ３を備えている。この放電ランプ３は、失透が長期的に抑制され、かつ、電極が細ることを抑制できる。このため、プロジェクター１００は、長寿命化され、表示品位が高く信頼性の高い投写像を得ることができる。また、小型な放電ランプ３延いては光源装置１を備えたことにより、全体が小型化されかつ軽量なプロジェクターを得ることができる。
【００４８】
５）その他
以上各実施形態に即して本発明を説明したが、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。
【００４９】
上記では、発光管１０において、内側保護層１８が２段階の膜厚差を有するものとすることで、頭頂部ＴＰから周辺部ＰＰに向かって膜厚が相対的に薄くなるように成膜されているが、これに限らず、多段階の膜厚差を有するものであってもよい。また、段階的な膜厚差でなく、厚みが徐々に変化していくものであってもよい。
【００５０】
また、発光管１０において、内側保護層１８は、頭頂部ＴＰ全体を比較的厚い第１保護膜部分ＭＰ１で覆うように第１保護膜部分ＭＰ１を回転体状に形成するものとしているが、例えば、頭頂部ＴＰのうち使用状態を考慮して重力方向に対して反対側の上面側のみが失透しやすいという場合には、頭頂部ＴＰの上面側のみを第１保護膜部分ＭＰ１で覆い、頭頂部ＴＰの側面及び下面側については、比較的薄い第２保護膜部分ＭＰ２で覆うものとしてもよい。
【００５１】
また、発光管１０の膨出部１０Ａから封止部１０Ｂ，１０Ｂにかけての外表面１０ａに、発光管１０の強度向上のため外側保護層を形成してもよい。
【００５２】
また、放電ランプ３の内側保護層１８を形成するためのＢ２Ｏ３には、本発明の効果である放電容器の破損抑制や失透抑制を損なわない限り、他の元素を含有させることも可能である。
【００５３】
また、上記実施形態でのプロジェクター１００は、光変調部として液晶パネル１１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇを用いている。しかし、光変調部は、これに限らず、一般に入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを使用してもよい。なお、マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)（登録商標）を用いることができる。マイクロミラー型光変調装置を用いた場合には、入射偏光板や射出偏光板などは不要とすることができ、偏光変換素子も不要とすることができる。
【００５４】
上記実施形態の放電ランプ３を組み込んだ光源装置１は、一例として透過型液晶方式のプロジェクター１００に用いられている。しかし、光源装置１は、透過型液晶方式に限らず、反射型液晶方式であるＬＣＯＳ(Liquid Crysta1 On Silicon)方式などを採用したプロジェクターに用いられても同様の効果を奏することが可能である。
【００５５】
プロジェクター１００の光変調部としては、液晶パネルを３枚使用する３板方式であっても、液晶パネルを１枚使用する単板方式を用いてもよい。なお、単板方式を用いた場合には、照明光学系の色分離光学系や色合成光学系などは不要とすることができる。
【００５６】
また、上記実施形態の放電ランプ３を組み込んだ光源装置１は、外部に設置される投射面に光学像の投射を行うフロントタイプのプロジェクターに適用している。しかし、これに限らず、プロジェクターの内部にスクリーンを有して、そのスクリーンに光学像を投射するリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。
【００５７】
また、上記実施形態の放電ランプ３を組み込んだ光源装置１は、プロジェクターの光源に限らず、小型軽量の光源装置として、他の光学機器に適用してもよい。また、かかる光源装置１は、航空、船舶、車輌などの照明機器や、屋内照明機器などへも好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…光源装置、 ３…放電ランプ、１０…発光管、 １１ａ…電極、 １０Ａ…膨出部、 ＴＰ…頭頂部、 ＣＰ…周辺部、 １０Ｂ…封止部、 １０ａ…外表面、 １０ｂ…本体部、 １０ｃ…内表面、 １１ａ，１１ａ…電極、 １２…リフレクター、 １３…副反射鏡、 １４…内部空間、 １５…発光部、 １７…固化微粒子層、 １８…内側保護層、 ＭＰ１…第１保護膜部分、 ＭＰ２…第２保護膜部分、 １８ａ…拡散層、 １８ｂ…被覆層、 ６１…液晶素子、 ６２，６２…偏光フィルム、 １００…プロジェクター、 １０２…ランプユニット、 １０８…ダイクロイックミラー、 １１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇ…液晶パネル、 １１２…ダイクロイックプリズム、 １１４…投射レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ガラス製の放電容器を有する放電ランプ及びこれを用いた光源装置、プロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに使用される光源装置としては、例えば超高圧水銀ランプ等の放電ランプが主に用いられている。放電ランプを構成する放電容器として、高純度の石英ガラスが多く用いられている。高純度の石英ガラスは、粘度が高く、硬く変形し難い性質を有している。さらに、高純度の石英ガラスは、高温時においても結晶化し難く、放電容器としてある程度の期間にわたって十分な透光性を確保することができる。
【０００３】
しかしながら、石英ガラスを用いた場合であっても、長時間・長期間にわたって使用を続けると、最終的には結晶化（失透）に至るという問題点があった。また、長時間・長期間の使用に伴い、タングステン製の電極が細くなるという問題もある。
【０００４】
上記の問題を解決するために、放電容器内面にホウ素酸化物膜を形成することによって、シリカガラスの結晶化を抑制することが試みられている（特許文献１）。しかしながら、このような方法では、石英ガラスの結晶化をある程度抑制できても、例えばタングステン製の電極が細くなることを必ずしも抑制することができない。また、立方晶系窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）薄膜や窒化珪素ホウ素（ＳｉＢＮ）薄膜を用いるもの、あるいは酸化イットリウム等の保護膜を用いたもの知られているが（特許文献２〜４）、これらの場合、いずれも化学気相析出（ＣＶＤ）法を用いており、放電容器内面に厚く成膜することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９８９７７号公報
【特許文献２】特開平６−３３３５３５号公報
【特許文献３】特開平９−１４７８０１号公報
【特許文献４】特開２００８−２７００７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、放電容器の失透を効果的に低減でき、かつ、電極が細ることを抑制して、ランプ寿命を大幅に改善することのできる放電ランプ、及びこれを用いたプロジェクターを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る放電ランプは、放電用の一対の電極と、石英ガラスで形成され、放電媒体を封入するための内部空間を有するとともに内部空間に一対の電極を離間配置する放電容器と、を備え、放電容器は、内部空間を囲む膨出部と、膨出部の両端から延び一対の電極をそれぞれ支持する一対の封止部と、膨出部の内表面に一対の電極間の中心に対向する頭頂部から一対の封止部側に位置する周辺部にわたって設けられ、頭頂部よりも周辺部の膜厚が相対的に薄くなる内側保護層と、を有する。ここで、頭頂部とは、放電容器のうち最も膨らんだ胴回り部分の全体を指す。例えば放電容器が一対の電極間を通る中心線を軸とする回転体であり、膨出部のうち一対の電極間の中心の側方が最も膨らんだ形状となっている場合、当該最も膨らんだ帯状の部分全体が頭頂部である。
【０００８】
上記放電ランプでは、膨出部の内表面において、頭頂部より周辺部の膜厚が相対的に薄くなる内側保護層を有するので、放電による影響を受けやすく失透しやすい頭頂部を内側保護層のうち比較的厚い部分で覆うことで十分に保護して、失透を低減できる。また、失透の一要因となる黒化が発生しやすい周辺部を内側保護層のうち比較的薄い部分で覆うことで黒化の発生を抑制できる。このように、黒化の発生を抑制することによって、熱の蓄積を防止して失透をさらに低減できる。以上により、内表面側における失透の発生を効果的に低減することができる。また、上記のように周辺部で内側保護層が比較的薄い形状であるため、膜厚が一定である場合に比べて、ホウ素が蒸発してタングステン製の電極を劣化させること、すなわち当該電極が細ることを抑制できる。
【０００９】
本発明の具体的な側面によれば、内側保護層の膜厚は、段階的に変化している。この場合、例えば部分領域の成膜を含む複数回の段階的な成膜によって、比較的容易に膜厚差を有する内側保護層を形成できる。
【００１０】
本発明の別の側面によれば、内側保護層において、比較的厚い第１保護膜部分と比較的薄い第２保護膜部分との境界部は、一対の封止部の端部と膨出部の端部との接合部として形成されるくびれ部分に対応する位置に形成される。この場合、膨出部の内表面のうち、特に失透しやすい箇所を厚く成膜することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面によれば、内側保護層は、前記膨出部の内表面上において、三酸化二ホウ素を塗布及び溶融して形成される。この場合、膨出部の内表面が、例えば球状のような曲面であっても、所望の膜厚で成膜でき、また、例えば部分領域の成膜を行うといったことも比較的容易である。
【００１２】
本発明のさらに別の側面によれば、内側保護層は、石英ガラスにホウ素を拡散させた層を含む。この場合、この拡散層は、Ｓｉ−Ｂ−Ｏ系のガラスで形成され、高い透光性を有するだけでなく、化学的な安定性及び耐熱性に非常に優れていることから、ランプ使用時に高温に晒されても変質しにくい。
【００１３】
本発明のさらに別の側面によれば、内側保護層の膜厚は、頭頂部において１μｍ以上２０μｍ以下であり、一対の封止部側の周辺部において０．１μｍ以上１μｍ未満である。この場合、頭頂部での失透を十分低減でき、かつ、周辺部での黒化の抑制を図ることができる。
【００１４】
本発明に係る光源装置は、上述の放電ランプと、放電ランプから射出された光束を反射するリフレクターと、を備える。本発明の光源装置は光束を長期に亘って照射することが可能な光源ランプを備えており、信頼性を有するものとなる。
【００１５】
本発明に係るプロジェクターは、上述の光源装置と、光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、光変調装置で変調された像光を投射する投射レンズと、を備える。本発明のプロジェクターは、高輝度な照明光を長期に亘って照射することが可能な光源装置を備えており、高い表示品位や信頼性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の放電ランプを組み込んだ光源装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施形態の放電ランプの構成を示す断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、放電ランプの頭頂部付近及び周辺部付近での膨出部の内表面をそれぞれ示す図である。
【図４】放電ランプの製造工程を示すフローチャートを示す図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は、放電ランプの製造工程の途中における発光管の部分拡大断面図を示す。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、変形例について示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、放電時間の経過に伴う電極の変化の様子を示す図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｉ）は、比較例の放電ランプについて、放電時間の経過に伴う電極の変化の様子を示す図である。
【図９】（Ａ）は、実施例の放電ランプの放電容器の状態を示す図であり、（Ｂ）は比較例の放電ランプの放電容器の状態を示す図である。
【図１０】プロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１）放電ランプを組み込んだ光源装置
以下、図１等を参照して、本発明の一実施形態に係る放電ランプを組み込んだ光源装置について説明する。
【００１８】
図１に示す光源装置１は、リフレクター１２と、リフレクター１２の内部に配置される放電ランプ３とを備える。放電ランプ３は、基本的に石英ガラスで形成される発光管１０と、発光管１０内に配置された一対の電極１１ａ，１１ａとを有し、発光管１０内には放電媒体が封入されている。
【００１９】
図２に示すように、発光管１０は、石英ガラスすなわちシリカ（ＳｉＯ２）ガラスで形成され光透過性を有するチューブ状の放電容器である。発光管１０は、一対の電極１１ａ，１１ａ間を通る中心線である光軸ＯＡを軸とする回転体であり、中央部において球状に膨出する膨出部１０Ａと、膨出部１０Ａの両側に延在する一対の封止部１０Ｂ，１０Ｂとを有し、両封止部１０Ｂ，１０Ｂに挟まれた膨出部１０Ａの内部には、放電媒体を充填した内部空間１４が形成されている。内部空間１４の内径は、例えば略１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。ここで、回転体形状を有する膨出部１０Ａのうち、最も膨らんだ胴回り部分の全体を頭頂部ＴＰとし、頭頂部ＴＰの周辺側すなわち一対の封止部１０Ｂ，１０Ｂ側の部分を周辺部ＰＰとする。この場合、頭頂部ＴＰは、発光中心、すなわち内部空間１４内の発光部１５の中心から光軸ＯＡに対して垂直である側方で発光中心に対向したものとなっている。従って、頭頂部ＴＰは、発光中心から放射状に射出される光の影響を受けやすい。
【００２０】
封止部１０Ｂ，１０Ｂには、棒状に延び先端が塊状に膨らんだ外形を有する電極１１ａ，１１ａがそれぞれ互いの端部を離間させた状態で配置されている。電極１１ａ，１１ａの材料には、導電性材料であって、特に熱膨張係数が小さく耐熱性が高い材料、具体的にはタングステンが適している。
【００２１】
封止部１０Ｂ，１０Ｂの内部には、一対の電極１１ａ，１１ａと電気的に接続されるモリブデン製の金属箔１１ｂが挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔１１ｂには、さらに電極引き出し線としてのリード線３３が接続され、このリード線３３は、放電ランプ３の外部まで延出しており、不図示の電源に接続可能になっている。
【００２２】
内部空間１４内に充填される放電媒体としては、水銀のような発光物質のほか、希ガス、ハロゲン化合物等を含めることができる。ここで、水銀は、例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ３〜０．３２ｍｇ／ｍｍ３の封入量であり、１５０ｂａｒ〜１９０ｂａｒの蒸気圧で封入されることが好ましい。また、希ガスは、発光を補助するために用いられるものであり、特に限定されないが、アルゴンガス、キセノンガス等を用いることができる。さらに、ハロゲンは、ハロゲンサイクルによって電球内面の黒化を防ぐためのものであり、塩素、臭素、及び沃素のうちのいずれか一つ以上を用いることができ、特に臭素を用いることが好ましい。
【００２３】
図２に示すように、放電容器である発光管１０の中央の膨出部１０Ａから封止部１０Ｂ，１０Ｂにかけての内表面１０ｃには、放電ランプ３の耐久性向上のため内側保護層１８が形成されている。内側保護層１８は、膨出部１０Ａのうち一対の電極１１ａ，１１ａ間の発光中心、すなわち内部空間１４内の発光部１５の中心に対向する頭頂部ＴＰから一対の封止部１０Ｂ，１０Ｂ側に位置する周辺部ＰＰに向かって、頭頂部ＴＰよりも周辺部ＰＰの膜厚が相対的に薄くなるように成膜されている。
【００２４】
また、内側保護層１８は、例えば、図３（Ａ）等に示すように、酸化ホウ素を含有する表皮層であり、石英ガラスで形成した本体部１０ｂに隣接する拡散層１８ａと、拡散層１８ａを覆う被覆層１８ｂとを有する。拡散層１８ａは、発光管１０の内表面１０ｃ全体にホウ素を拡散させることで形成されたものであり、ＳｉＯ２にＢ２Ｏ３等を添加したＳｉ−Ｂ−Ｏ系のガラス材料層となっている。この拡散層１８ａは、最上層から内部（発光管１０の管壁の深部）に向かってホウ素の濃度が漸次小さくなるような分布を有して形成されており、発光管１０の本体部１０ｂを被覆する表面改質層となっている。被覆層１８ｂは、実質的にＢ２Ｏ３で形成された膜であり、このＢ２Ｏ３膜によって拡散層１８ａの表面全体が覆われている。
【００２５】
以下、内側保護層１８について、より具体的に説明する。図２に示すように、内側保護層１８は、頭頂部ＴＰ側を覆う比較的厚い第１保護膜部分ＭＰ１と、周辺部ＰＰ側を覆う比較的薄い第２保護膜部分ＭＰ２とを有する。これにより、内側保護層１８は、２段階で段階的に膜厚を変化させた構造となっており、頭頂部ＴＰより周辺部ＰＰの方が膜厚が相対的に薄くなっている。つまり、図３（Ａ）及び３（Ｂ）に模式的に示すように、第１保護膜部分ＭＰ１に含まれる部分ＣＰ１の膜厚Ｔ１と、第２保護膜部分ＭＰ２に含まれる部分ＣＰ２の膜厚Ｔ２とを比較すると、Ｔ１＞Ｔ２となっている。この際、膜厚Ｔ１は、１μｍ以上２０μｍ以下、特に１０μｍ以下であることが、頭頂部での失透を十分低減でき、かつ、作製の困難性を回避できるものとして望ましい。また、膜厚Ｔ２は、０．１μｍ以上１μｍ未満であることが、黒化の抑制を図ることで失透を低減し、かつ、電極１１ａ，１１ａを細くさせないために望ましい。なお、この場合、各保護膜部分ＭＰ１，ＭＰ２の拡散層１８ａの厚さ及び被覆層１８ｂの厚さについても、膜厚Ｔ１，Ｔ２の厚さの差に応じて異なっており、同様の大小関係を有する。
【００２６】
また、図２に示すように、第１保護膜部分ＭＰ１と第２保護膜部分ＭＰ２との境界部ＳＰは、一対の封止部１０Ｂ，１０Ｂの端部と膨出部１０Ａの端部との接合部であるくびれ部分ＷＰに対応する位置に形成されている。具体的には、図において、電極１１ａ，１１ａ間の発光中心、すなわち内部空間１４内の発光部１５の中心からくびれ部分ＷＰに向けて延びる点線Ｑ１，Ｑ２上に境界部ＳＰが形成されている。
【００２７】
以上のように、発光管１０において、まず、放電による影響を受けやすく失透しやすい頭頂部ＴＰを内側保護層１８のうち比較的厚い第１保護膜部分ＭＰ１で覆って保護している。これにより、膨出部１０Ａでの失透を十分に低減できる。また、失透の一要因となる黒化を発生しやすい周辺部ＣＰを内側保護層１８のうち比較的薄い第２保護膜部分ＭＰ２で覆っている。これにより、黒化によって熱が蓄積することで黒化した部分の周辺に失透が生じ、さらに熱が蓄積しやすくなることで失透した部分が拡がっていき照明光に影響を及ぼす、という事態を回避することができる。以上により、膨出部における失透の発生を効果的に低減することができる。また、周辺部ＣＰ上での内側保護層１８が比較的薄い形状であるため、膜厚が一定なままの場合に比べて、ホウ素が蒸発してタングステン製の電極１１ａ，１１ａを劣化させること、すなわち電極１１ａ，１１ａが細ることを抑制できる。
【００２８】
図１に戻って、リフレクター１２は、放電ランプ３の封止部１０Ｂが挿通される首状部２１と、この首状部２１から拡がる曲面状の反射部２２とを備えたガラス製の一体成形品である。首状部２１には、中央に挿入孔２３が形成されており、この挿入孔２３の中心に放電ランプ３の一方の封止部１０Ｂが配置されて固定される。封止部１０Ｂの固定に際しては、上記一方の封止部１０Ｂをリフレクター１２の挿入孔２３に挿入し、挿入孔２３内部の隙間にシリカ、アルミナ等を主成分とする無機系接着剤を充填する。これにより、リフレクター１２に放電ランプ３が確実に固定される。リフレクター１２の反射部２２は、曲面状のガラス内面に無機材料膜、金属薄膜等を蒸着して形成され、この反射部２２の反射面は、例えば可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーとなっている。
【００２９】
放電ランプ３は、この反射部２２の内部に配置され、膨出部１０Ａ内に支持された電極１１ａ，１１ａ間の発光中心、すなわち内部空間１４内の発光部１５の中心が反射部２２の曲面ミラーの焦点位置と一致するように配置される。放電ランプ３を点灯すると、膨出部１０Ａから放射された光束は、反射部２２の反射面で光束射出方向ＡＢ側に反射される。
【００３０】
副反射鏡１３は、膨出部１０Ａの光束射出方向ＡＢ側を覆う反射部材であり、その反射面は、膨出部１０Ａの内表面１０ｃ（すなわち内部空間１４を画成する球状面）や膨出部１０Ａの外表面１０ａに倣う凹曲面状に形成されている。副反射鏡１３の反射面は、リフレクター１２と同様にコールドミラーとなっている。
【００３１】
上述した放電ランプ３において、一対の封止部１０Ｂから外側に延出する一対のリード線３３間に電圧を印加すると、電極１１ａ，１１ａ間で放電が生じて発光部１５が発光する。そして、放電ランプ３の膨出部１０Ａから前方側に射出された光束の一部は、この副反射鏡１３の反射面にて反射され、膨出部１０Ａ内に再度戻される。そして、この戻り光の一部が膨出部１０Ａの内部空間１４に封入された放電媒体に吸収されるとともに、その他の戻り光がリフレクター１２側に向けて進み、リフレクター１２の反射部２２で反射されて全体として光束射出方向ＡＢの向きに射出される。
【００３２】
以上の光源装置１は、発光管（放電容器）１０が内側保護層１８で被覆された放電ランプ３を備えており、発光管１０の失透を長期的に低減することができ、電極１１ａ，１１ａが細る劣化を抑制できるので、ランプ寿命を大幅に改善できる。
【００３３】
２）放電ランプの製造方法
以下の説明では、本願発明の特徴部分である放電ランプ３の発光管１０の内表面１０ｃに内側保護層１８を形成する工程について詳しく説明し、他の工程については説明を省略し又は簡略化する。
【００３４】
図４は放電ランプ３の製造工程を示すフローチャートであり、図５（Ａ）及び５（Ｂ）は内表面１０ｃの形成中における発光管１０の部分拡大断面図を示す。
【００３５】
図４に示すように、放電ランプ３の製造方法は、段階層形成工程（ステップＳ１）と、熱処理工程（ステップＳ２）と、電極設置及び放電媒体封入工程（ステップＳ３）とを有している。ここで、ステップＳ１の段階層形成工程には、液体材料を塗布する複数の液体材料塗布工程が含まれる。
【００３６】
まず、発光管１０の本体部１０ｂとなるべき石英ガラス管を準備する。この石英ガラス管は、膨出部１０Ａに対応する中央部で内径が大きく、封止部１０Ｂ，１０Ｂに対応する両端部で断面積が小さいものとする。
【００３７】
図５（Ａ）に示すように、発光管１０の内表面１０ｃに三酸化ニホウ素（Ｂ２Ｏ３）を溶媒で溶かした液体材料を塗布し、塗布した液体状材料を乾燥させて塗布膜（酸化ホウ素の固化微粒子層１７）とする（ステップＳ１）。なお、この際、塗布及び乾燥を複数回に分けて塗布領域を変化させつつ行うことで、固化微粒子層１７に膜厚差を設けることができ、完成時に境界部ＳＰ（図２参照）を形成できる。つまり、例えば１回目の塗布では、内表面１０ｃのうち第１保護膜部分ＭＰ１を形成する箇所のみに部分的に液体状材料の塗布・乾燥を行い、２回目の塗布では、内表面１０ｃ全体に対応する箇所に液体状材料の塗布・乾燥を行う。これにより、固化微粒子層１７を２段階の膜厚を有する状態にすることができる。
【００３８】
次に、ステップＳ１で形成した固化微粒子層１７を、発光管１０を炉内で加熱・焼成することによって酸化ホウ素の固化微粒子層１７を溶融させ、図５（Ｂ）に示すように、発光管１０の内表面１０ｃの管壁中にホウ素を拡散させる（ステップＳ２）。発光管１０を形成する石英ガラス（ＳｉＯ２）中にホウ素が拡散することで拡散層１８ａが形成され、内表面１０ｃ（管壁の最表層）が改質される。ここで、固化微粒子層１７を加熱することによって、酸化ホウ素の固化微粒子層１７が接している内表面１０ｃの最表層から深部に向かってホウ素が漸次拡散していく。このため、ホウ素の濃度としては、最表面側が最も大きく、管壁の厚さ方向に向かうに従って漸次小さくなるような分布となる。このようにして、内表面１０ｃの最表層から管壁の厚さ方向の深部に向かってホウ素の濃度が漸次小さくなるような濃度傾斜を有した拡散層１８ａが、改質層として下地の本体部１０ｂ上に本体部１０ｂを覆うように形成される。また、拡散層１８ａが形成されるのと同時に、この拡散層１８ａ上にガラス状のＢ２Ｏ３膜で形成された被覆層１８ｂが残る。
【００３９】
ステップＳ２で作製された発光管１０の内部に電極１１ａ、１１ａを設置するとともに水銀及びハロゲンガスを封入する（ステップＳ３）。これにより、放電ランプ３が完成する。この放電ランプ３は、図１に示すような光源装置１の組み立てに際して構成部品として利用される。つまり、放電ランプ３に副反射鏡１３やリフレクター１２を固定して、光源装置１を得る。
【００４０】
なお、図６（Ａ）及び６（Ｂ）に示すように、内側保護層１８において、被覆層１８ｂを省略したものとすることもできる。つまり、例えば上記ステップＳ２において、残った被覆層１８ｂをエッチング等により除去することで、拡散層１８ａのみによって内側保護層１８を構成できる。これにより、内部空間でのホウ素の蒸発をさらに抑制することができる。
【００４１】
３）実施例
図７（Ａ）〜７（Ｃ）は、放電ランプ３の使用による電極１１ａの変化について示す図である。具体的には、図７（Ａ）が使用開始後３０７時間を経過した時の電極１１ａの形状を示すものであり、図７（Ｂ）が使用開始後５３９時間、図７（Ｃ）が使用開始後８００時間を経過した時の電極１１ａの形状を示すものである。図示のように、この場合、電極１１ａの先端側には多少の劣化がみられるが、軸側は比較的太い状態が保たれている。これに対して、図８（Ａ）〜８（Ｉ）に示す比較例では、いずれも電極１１ａの劣化が激しくなっている。具体的には、図８（Ａ）〜８（Ｃ）は、放電ランプ３において、内側保護層１８が膜厚差を設けず一様に厚い膜で成膜したものである場合の電極１１ａの変化について示す図である。図８（Ａ）〜８（Ｃ）は、それぞれ使用開始後２６１時間、４５０時間及び７３９時間を経過したものである。同様に、図８（Ｄ）〜８（Ｆ）は、放電ランプ３において、内側保護層１８が膜厚差を設けず一様に薄い膜で成膜したものである場合の電極１１ａの変化について示す図である。図８（Ｄ）〜８（Ｆ）は、それぞれ使用開始後２６１時間、４５０時間及び７３９時間を経過したものである。また、図８（Ｇ）〜８（Ｉ）は、放電ランプ３において、内側保護層１８を設けていない場合の電極１１ａの変化について示す図である。図８（Ｇ）〜８（Ｉ）は、それぞれ使用開始後２６１時間、４５０時間及び７３９時間を経過したものである。図８（Ａ）〜８（Ｆ）の場合、特に軸側が細くなっている。また、図８（Ｇ）〜８（Ｉ）の場合、特に先端側の形状の崩れが激しい。これらに比較して、本実施形態では、電極１１ａの劣化が抑制されていることが分かる。
【００４２】
また、図９（Ａ）は、放電ランプ３の使用による発光管１０の膨出部１０Ａの変化について示す図である。具体的には、放電ランプ３の使用開始後７５０時間を経過した時の膨出部１０Ａの形状を示すものである。この場合、膨出部１０Ａの内表面において、失透がほとんど発生していない。これに対して、図９（Ｂ）は、比較例として内側保護層１８を設けていない場合の放電ランプ３の使用による膨出部１０Ａの変化について示す図であり、使用開始後７５０時間を経過した時の膨出部１０Ａの形状を示すものである。この場合、図示のように、膨出部１０Ａの一部１０Ｐが失透している。
【００４３】
４）プロジェクター
次に、上記実施形態の放電ランプを用いたプロジェクターについて説明する。
【００４４】
図１０は、プロジェクターの構成例を示す平面図である。図示のプロジェクター１００の内部には、照明系として、図１に示す光源装置１を備えたランプユニット１０２が設けられている。このランプユニット１０２は、光源装置１のほかに、光束を平行化するコリメーターレンズ５１、光束を均一化するインテグレーター５２、光束の偏光方向を揃える偏光変換装置５３、光束を重ねる重畳レンズ５４等を備える。
【００４５】
ランプユニット１０２から射出された投射光は、ライトガイド１０４内に配置された４枚のミラー１０６及び２枚のダイクロイックミラー１０８によってＲＧＢの３原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル（光変調部）１１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇに入射される。
【００４６】
各液晶パネル１１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇは、光変調用の能動素子である液晶素子６１を一対の偏光フィルム６２，６２の間に配置した構造を有する光変調装置であり、不図示の画像信号処理回路から供給されるＲ、Ｇ、Ｂの原色信号でそれぞれ駆動される。そして、これらの液晶パネル１１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇによって変調された光は、ダイクロイックプリズム１１２に３方向から入射される。このダイクロイックプリズム１１２においては、Ｒ及びＢの光が９０度に屈折する一方、Ｇの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ１１４を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。ここで、各液晶パネル１１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇによる表示像について着目すると、液晶パネル１１０Ｇによる表示像は、液晶パネル１１０Ｒ，１１０Ｂによる表示像に対して左右反転することが必要となる。
【００４７】
プロジェクター１００は、ランプユニット１０２中に図１に示す放電ランプ３を備えている。この放電ランプ３は、失透が長期的に抑制され、かつ、電極が細ることを抑制できる。このため、プロジェクター１００は、長寿命化され、表示品位が高く信頼性の高い投写像を得ることができる。また、小型な放電ランプ３延いては光源装置１を備えたことにより、全体が小型化されかつ軽量なプロジェクターを得ることができる。
【００４８】
５）その他
以上各実施形態に即して本発明を説明したが、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。
【００４９】
上記では、発光管１０において、内側保護層１８が２段階の膜厚差を有するものとすることで、頭頂部ＴＰから周辺部ＰＰに向かって膜厚が相対的に薄くなるように成膜されているが、これに限らず、多段階の膜厚差を有するものであってもよい。また、段階的な膜厚差でなく、厚みが徐々に変化していくものであってもよい。
【００５０】
また、発光管１０において、内側保護層１８は、頭頂部ＴＰ全体を比較的厚い第１保護膜部分ＭＰ１で覆うように第１保護膜部分ＭＰ１を回転体状に形成するものとしているが、例えば、頭頂部ＴＰのうち使用状態を考慮して重力方向に対して反対側の上面側のみが失透しやすいという場合には、頭頂部ＴＰの上面側のみを第１保護膜部分ＭＰ１で覆い、頭頂部ＴＰの側面及び下面側については、比較的薄い第２保護膜部分ＭＰ２で覆うものとしてもよい。
【００５１】
また、発光管１０の膨出部１０Ａから封止部１０Ｂ，１０Ｂにかけての外表面１０ａに、発光管１０の強度向上のため外側保護層を形成してもよい。
【００５２】
また、放電ランプ３の内側保護層１８を形成するためのＢ２Ｏ３には、本発明の効果である放電容器の破損抑制や失透抑制を損なわない限り、他の元素を含有させることも可能である。
【００５３】
また、上記実施形態でのプロジェクター１００は、光変調部として液晶パネル１１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇを用いている。しかし、光変調部は、これに限らず、一般に入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを使用してもよい。なお、マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)（登録商標）を用いることができる。マイクロミラー型光変調装置を用いた場合には、入射偏光板や射出偏光板などは不要とすることができ、偏光変換素子も不要とすることができる。
【００５４】
上記実施形態の放電ランプ３を組み込んだ光源装置１は、一例として透過型液晶方式のプロジェクター１００に用いられている。しかし、光源装置１は、透過型液晶方式に限らず、反射型液晶方式であるＬＣＯＳ(Liquid Crysta1 On Silicon)方式などを採用したプロジェクターに用いられても同様の効果を奏することが可能である。
【００５５】
プロジェクター１００の光変調部としては、液晶パネルを３枚使用する３板方式であっても、液晶パネルを１枚使用する単板方式を用いてもよい。なお、単板方式を用いた場合には、照明光学系の色分離光学系や色合成光学系などは不要とすることができる。
【００５６】
また、上記実施形態の放電ランプ３を組み込んだ光源装置１は、外部に設置される投射面に光学像の投射を行うフロントタイプのプロジェクターに適用している。しかし、これに限らず、プロジェクターの内部にスクリーンを有して、そのスクリーンに光学像を投射するリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。
【００５７】
また、上記実施形態の放電ランプ３を組み込んだ光源装置１は、プロジェクターの光源に限らず、小型軽量の光源装置として、他の光学機器に適用してもよい。また、かかる光源装置１は、航空、船舶、車輌などの照明機器や、屋内照明機器などへも好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…光源装置、 ３…放電ランプ、１０…発光管、 １１ａ…電極、 １０Ａ…膨出部、 ＴＰ…頭頂部、 ＣＰ…周辺部、 １０Ｂ…封止部、 １０ａ…外表面、 １０ｂ…本体部、 １０ｃ…内表面、 １１ａ，１１ａ…電極、 １２…リフレクター、 １３…副反射鏡、 １４…内部空間、 １５…発光部、 １７…固化微粒子層、 １８…内側保護層、 ＭＰ１…第１保護膜部分、 ＭＰ２…第２保護膜部分、 １８ａ…拡散層、 １８ｂ…被覆層、 ６１…液晶素子、 ６２，６２…偏光フィルム、 １００…プロジェクター、 １０２…ランプユニット、 １０８…ダイクロイックミラー、 １１０Ｒ，１１０Ｂ，１１０Ｇ…液晶パネル、 １１２…ダイクロイックプリズム、 １１４…投射レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電用の一対の電極と、
石英ガラスで形成され、放電媒体を封入するための内部空間を有するとともに前記内部空間に前記一対の電極を離間配置する放電容器と、を備え、
前記放電容器は、
前記内部空間を囲む膨出部と、
前記膨出部の両端から延び前記一対の電極をそれぞれ支持する一対の封止部と、
前記膨出部の内表面に前記一対の電極間の中心に対向する頭頂部から前記一対の封止部側に位置する周辺部にわたって設けられ、前記頭頂部よりも前記周辺部の膜厚が相対的に薄くなる内側保護層と、を有する、
放電ランプ。
【請求項２】
前記内側保護層の膜厚は、段階的に変化している、請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記内側保護層において、比較的厚い第１保護膜部分と比較的薄い第２保護膜部分との境界部は、前記一対の封止部の端部と前記膨出部の端部との接合部として形成されるくびれ部分に対応する位置に形成される、請求項２に記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記内側保護層は、前記膨出部の内表面上において、三酸化二ホウ素を塗布及び溶融して形成される、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の放電ランプ。
【請求項５】
前記内側保護層は、前記石英ガラスにホウ素を拡散させた層を含む、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記内側保護層の膜厚は、前記頭頂部において１μｍ以上２０μｍ以下であり、前記一対の封止部側の前記周辺部において０．１μｍ以上１μｍ未満である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の放電ランプ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放電ランプと、
前記放電ランプから射出された光束を反射するリフレクターと、
を備える光源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光源装置と、
前記光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、
前記光変調装置で変調された光を投射する投射レンズと、
を備えるプロジェクター。
【請求項１】
放電用の一対の電極と、
石英ガラスで形成され、放電媒体を封入するための内部空間を有するとともに前記内部空間に前記一対の電極を離間配置する放電容器と、を備え、
前記放電容器は、
前記内部空間を囲む膨出部と、
前記膨出部の両端から延び前記一対の電極をそれぞれ支持する一対の封止部と、
前記膨出部の内表面に前記一対の電極間の中心に対向する頭頂部から前記一対の封止部側に位置する周辺部にわたって設けられ、前記頭頂部よりも前記周辺部の膜厚が相対的に薄くなる内側保護層と、を有する、
放電ランプ。
【請求項２】
前記内側保護層の膜厚は、段階的に変化している、請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記内側保護層において、比較的厚い第１保護膜部分と比較的薄い第２保護膜部分との境界部は、前記一対の封止部の端部と前記膨出部の端部との接合部として形成されるくびれ部分に対応する位置に形成される、請求項２に記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記内側保護層は、前記膨出部の内表面上において、三酸化二ホウ素を塗布及び溶融して形成される、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の放電ランプ。
【請求項５】
前記内側保護層は、前記石英ガラスにホウ素を拡散させた層を含む、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記内側保護層の膜厚は、前記頭頂部において１μｍ以上２０μｍ以下であり、前記一対の封止部側の前記周辺部において０．１μｍ以上１μｍ未満である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の放電ランプ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放電ランプと、
前記放電ランプから射出された光束を反射するリフレクターと、
を備える光源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光源装置と、
前記光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、
前記光変調装置で変調された光を投射する投射レンズと、
を備えるプロジェクター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１６０２７８（Ｐ２０１２−１６０２７８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７６３８（Ｐ２０１１−１７６３８）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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