高圧放電ランプ、その高圧放電ランプを用いたランプユニット、およびそのランプユニットを用いたプロジェクタ
【課題】高輝度化のために必要な発光管の冷却の強化を要することなく、失透を抑制し、高輝度化を実現する。
【解決手段】高圧放電ランプは、容囲器２が石英ガラスからなり、内部に一対の電極５が設けられて放電空間６が形成されている発光管１を備えている。電極５は、放電空間６においてそれぞれの長手方向の中心軸が略同一軸上に位置するように配置されている。ここで、高圧放電ランプは、一対の電極５の長手方向の中心軸を含む仮想線が略水平となるような状態で点灯される。そして、発光管１を、放電空間６を含みつつ前記仮想線に対して垂直に切った断面において、前記仮想線と交わる鉛直方向における発光管１の内面の間隔をａ［ｍｍ］、前記鉛直方向に対する垂直方向における発光管１の内面の間隔をｂ［ｍｍ］とした場合、発光管１の内面形状が少なくとも一対の電極５間の領域においてａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしている。
【解決手段】高圧放電ランプは、容囲器２が石英ガラスからなり、内部に一対の電極５が設けられて放電空間６が形成されている発光管１を備えている。電極５は、放電空間６においてそれぞれの長手方向の中心軸が略同一軸上に位置するように配置されている。ここで、高圧放電ランプは、一対の電極５の長手方向の中心軸を含む仮想線が略水平となるような状態で点灯される。そして、発光管１を、放電空間６を含みつつ前記仮想線に対して垂直に切った断面において、前記仮想線と交わる鉛直方向における発光管１の内面の間隔をａ［ｍｍ］、前記鉛直方向に対する垂直方向における発光管１の内面の間隔をｂ［ｍｍ］とした場合、発光管１の内面形状が少なくとも一対の電極５間の領域においてａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプ、その高圧放電ランプを用いたランプユニット、およびそのランプユニットを用いたプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタの光源には高圧放電ランプが使用されており、近時、その高圧放電ランプとしてメタルハライドランプから高圧水銀ランプへと代わり、より高輝度で、長寿命が実現されている。その結果、プロジェクタは、プレゼンテーションツールや大画面のホームシアターとして不可欠なものとなっている。また、このプロジェクタの発展の歴史において、照度の向上はめざましく、高圧水銀ランプの特性である輝度の向上が果たしてきた役割は大きい。
【０００３】
そして、市場からの要請として、この高圧水銀ランプに対してますます高輝度化が期待されている。
【０００４】
高輝度を実現するために、発光管内には例えば０．２０［ｍｇ/ｍｍ3］以上の水銀が封入され、高負荷の状態で点灯される（例えば特許文献１等）。したがって、上記したようにより一層の高輝度化の要請に対して、点灯中における発光管内の水銀蒸気圧を上げるべく水銀の封入量をさらに増加させたり、発光管の内容積をさらに小さくしたりすることが試みられている。
【０００５】
ところで、この種の高圧水銀ランプを構成する発光管は、その容囲器が石英ガラスからなる。また、点灯中、放電による熱によって、特に発光管の内面のうちの上方に位置する部分が封入物の対流によって他の部分に比べて極めて高温となる。したがって、適切な冷却を施さないとその構成材料である石英ガラスが結晶化して失透と呼ばれる白濁化する現象が起こり、ついには破損に至ることがある。発光管の内面の温度は、発光管内のアークの温度、アークからの距離、ガスの温度と対流などに依存する。アークの温度は、アークを形成する物質や圧力および電流などに依存する。
【０００６】
したがって、上記したような高輝度化への施策は、発光管内面の温度を上げることになり、一般的に採用される施策である水銀蒸気圧増加には前記失透を抑制するべく冷却を強化する必要がある。冷却を強化し過ぎると発光管全体の温度が所望とする温度よりも低くなって水銀蒸気圧が下がり、結果的に輝度が下がるか、または水銀の増加による輝度向上の効果が得られないという問題が発生する。そこで、これら相反する要請を両立するために、従来よりも冷却を強化すると同時に厳密なコントロールを要していた。
【０００７】
なお、従来の高圧水銀ランプにおいて、発光管の内部には一対の電極がそれぞれの長手方向の中心軸が略同一軸上に位置するように配置され、放電空間が形成されている。ここで、高圧水銀ランプを一対の電極の長手方向の中心軸を含む仮想線が略水平となるような状態においた場合であって、発光管を、放電空間を含みつつ当該仮想線に対して垂直に切った断面において、当該仮想線と交わる鉛直方向における発光管の内面の間隔をａ［ｍｍ］、当該鉛直方向に対する垂直方向における発光管の内面の間隔をｂ［ｍｍ］とした場合、発光管の内面形状はａ＝ｂなる関係式を満たす形状をなしている。図９に図１のＡ−Ａ線の断面図である図２に準じた発光管２３の断面図（横断面図）を示す。図９に示すとおり、その横断面において、発光管２３の内周および外周は略円形である。
【０００８】
なお、図９において、２４は発光管２３の発光部を、２５は発光管２３の放電空間を、２６は電極をそれぞれ示す。
【特許文献１】特開平２−１４８５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高輝度化のために必要な発光管の冷却の強化を要することなく、失透を抑制することができ、もちろん高輝度化を実現することができる高圧放電ランプ、その高圧放電ランプを用いたランプユニット、およびそのランプユニットを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る高圧放電ランプは、容囲器が石英ガラスからなり、内部に一対の電極が設けられて放電空間が形成されている発光管を備え、前記一対の電極は、その内部においてそれぞれの長手方向の中心軸が略同一軸上に位置するように配置され、かつ前記一対の電極の長手方向の中心軸を含む仮想線が略水平となるような状態で点灯される高圧放電ランプであって、前記発光管を、前記放電空間を含みつつ前記仮想線に対して垂直に切った断面において、前記仮想線と交わる鉛直方向における前記発光管の内面の間隔をａ［ｍｍ］、前記鉛直方向に対する垂直方向における前記発光管の内面の間隔をｂ［ｍｍ］とした場合、前記発光管の内面形状が少なくとも前記一対の電極間の領域においてａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る高圧放電ランプは、請求項１に係る高圧放電ランプにおいて、前記発光管の内面形状が少なくとも前記一対の電極間の領域において０．６≦ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たす形状をなしていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係るランプユニットは、前記請求項１または請求項２に記載の高圧放電ランプと凹面の反射面を有する反射鏡とを備え、前記反射鏡内に前記高圧放電ランプが組み込まれ、前記高圧放電ランプからの射出光が前記反射面により反射されるように構成されたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の請求項４に係るプロジェクタは、前記請求項３記載のランプユニットを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高輝度化のために必要な発光管の冷却の強化を要することなく、失透を抑制することができ、かつ高輝度化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の最良な実施の形態について、図面を用いてその詳細を説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態である定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプの発光管１の構成を示す。
【００１７】
この高圧水銀ランプは、後述する一対の電極５の長手方向の中心軸Ｘを含む仮想線Ｙが略水平となるような状態で点灯される。つまり、図１の紙面上に示すとおりの状態で点灯され、紙面上の発光管１のトップ側が実際の点灯状態においてもトップ側となる。
【００１８】
この発光管１は、その容囲器２の構成材料が石英ガラスからなり、管中央部に発光部３を有し、この発光部３の両側からそれぞれ外方向に延在するように略円柱体形状の封止部４が連接されている。
【００１９】
発光部３内には、一対の電極５が設けられて放電空間６が形成されている。一対の電極５は、発光部３内においてそれぞれの一端部側が互いに略対向しており、それぞれの長手方向の中心軸Ｘ（発光管１の長手方向の中心軸に略一致）が略同一軸上に位置するように配置されている。電極５間の距離は、０．５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の範囲内で例えば１．０［ｍｍ］に設定されている。電極５の他端部は、封止部４に封着されたモリブデン製の金属箔７を介して外部リード線８に電気的に接続されている。外部リード線８の一部は、容囲器２の外部に導出しており、口金または電力供給線等（図示せず）に接続される。このように発光管１に対して口金等の付属部品が取り付けられて高圧水銀ランプを構成することになるが、その仕様に応じて口金等の付属部品を取り付けない場合もあり、この場合は発光管１と高圧水銀ランプとが実質的に同一構成となる。
【００２０】
電極５は、タングステン製の電極棒５ａと、この電極棒５ａの一端部に取り付けられたタングステン製の電極コイル５ｂとからなる。
【００２１】
また、この発光部３内には、発光物質である水銀（Ｈｇ）と、始動補助用の希ガスとして例えばアルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）、あるいはキセノンガス（Ｘｅ）またはそれら２種以上の混合ガスと、ハロゲンサイクル作用のためのヨウ素（Ｉ）、塩素（Ｃｌ）あるいは臭素（Ｂｒ）、またはそれらの混合物とがそれぞれ所定量封入されている。一例として、水銀の封入量は０．１５［ｍｇ／ｍｍ3］以上０．４０［ｍｇ／ｍｍ3］の範囲内で例えば０．２［ｍｇ／ｍｍ3］に、アルゴンガスの封入量（２５℃）は０．０１［ＭＰａ］以上１［ＭＰａ］以下の範囲内で例えば０．０３［ＭＰａ］に、臭素の封入量は１×１０-7［μｍｏｌ／ｍｍ3］以上１×１０-1［μｍｏｌ／ｍｍ3］以下の範囲内で、好ましくは１×１０-6［μｍｏｌ／ｍｍ3］以上１×１０-2［μｍｏｌ／ｍｍ3］以下の範囲内で例えば０．５×１０-5［μｍｏｌ／ｍｍ3］にそれぞれ設定されている。特に、ハロゲンサイクル作用を十分に発揮させ、発光管１の内面に黒化が発生するのを防止するために、臭素の封入量は１×１０-6［μｍｏｌ／ｍｍ3］以上に規定することが好ましい。
【００２２】
好適例として、水銀の封入量は後述する理由により０．１５［ｍｇ／ｍｍ3］以上がよく、また臭素の封入量は後述する理由により１×１０-6［μｍｏｌ／ｍｍ3］以上がよい。
【００２３】
ここで、発光管１を、放電空間６を含みつつ一対の電極５の長手方向の中心軸Ｘを含む仮想線Ｙに対して垂直に切った断面、例えばその仮想線Ｙ上における一対の電極５の間の中点Ｍ（ここでは、放電空間６の３次元中心と一致する）を通り、かつ仮想線Ｙに対して垂直に切った断面（図１のＡ−Ａ線の断面図）を図２に、またその一方の電極５における電極コイル５ｂの端面のうち、封止部４側の端面を含むように仮想線Ｙに対して垂直に切った断面（図１のＢ−Ｂ線の断面図）を図３にそれぞれ示す。
【００２４】
図２，３に示すように、発光管１を、放電空間６を含みつつ仮想線Ｙに対して垂直に切った断面において、仮想線Ｙと交わる鉛直方向における発光管１の内面の間隔をａ［ｍｍ］、当該鉛直方向（仮想線Ｙと交わる鉛直方向）に対する垂直方向における発光管１の内面の間隔をｂ［ｍｍ］とした場合、発光管１の内面形状がａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしている。
【００２５】
一例として、当該断面において、概略の形状として発光管１の内面形状は略楕円形状であり、かつその外形形状が略円形状である。ここで言う「楕円形」および「円形」とは、後述する場合も含めて、数学的に定義される楕円形または円形を必ずしも示すものではなく、あくまでも概略の形状として表現しているにすぎない。また、容囲器２はガラス加工によるものであり、精密加工が困難であり、製造上のばらつきも当然に生じる。図２に示すａは４．６［ｍｍ］、ｂは３．７［ｍｍ］である。また、図３に示すａは４．０［ｍｍ］、ｂは３．４［ｍｍ］である。ただし、間隔ａの延長線上にあり、ガラス肉厚を含めた発光管１の外形形状の最大幅をａ0、間隔ｂの延長線上にあり、ガラス肉厚を含めた発光管１の外形形状の最大幅をｂ0とした場合、図２に示す例ではａ0が１０．２［ｍｍ］、ｂ0が９．２［ｍｍ］、図３に示す例ではａ0が９．０［ｍｍ］、ｂ0が８．５［ｍｍ］である。また、発光管１を仮想線Ｙに対して垂直に切った断面のうち、中点Ｍを通る断面の放電空間６の面積が最大となるが、その面積はそれぞれ封止部４側に近づくに従って連続的に小さくなる。すなわち、発光管１を仮想線Ｙを含む面で切った断面において、発光管１の内面形状が略楕円形状を有している。
【００２６】
もっとも、図１〜図３に示す例では、発光管１の内面形状全体に対してａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしているが、後述する作用効果を発揮するに当たり、発光管１の内面形状のうち、少なくとも一対の電極５間の領域においてａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしていればよい。
【００２７】
上記した場合において、特に後述する理由により、間隔ａと間隔ｂとの関係として、発光管１の内面形状が少なくとも一対の電極５間の領域において０．６≦ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たす形状をなしていることが好ましい。
【００２８】
そして、このような高圧水銀ランプは、図４に示すように、反射鏡９内に組み込まれてランプユニット１０を構成する。
【００２９】
すなわち、図４に示すように、ランプユニット１０は、上記した発光管１と、内面が凹面の反射面１１を有する基体がガラスからなる反射鏡９とを備えており、この反射鏡９内に発光管１がその長手方向の中心軸Ｘと反射鏡９の光軸Ｚとが略一致するように組み込まれ、発光管１からの射出光が反射面１１によって反射されるように構成されている。その際、発光管１は、その一方の封止部４が反射鏡９のネック部１２内に挿入され、その状態で接着剤１３によって固着されている。
【００３０】
なお、反射面１１は、例えば回転楕円体面や回転放物体面からなり、多層干渉膜等が蒸着されている。
【００３１】
ここで、発光管１は、例えば反射鏡９の前面の開口部から送り込まれた冷却風によって、特に導風板等を使って発光部３の上方に位置する部分を選択的に冷却される。
【００３２】
以上のように本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプおよびそれを用いたランプユニットにかかる構成によれば、一対の電極５の長手方向の中心軸Ｘを含む仮想線Ｙが略水平となるような状態で点灯した場合において、発光管１の内面のうち、非常に高温となる上方に位置する部分は点灯中のアークに対して一定の距離（間隔ａ方向の距離）を確保しつつも、発光管１内の空間（放電空間６）を間隔ａ方向に対して間隔ｂ方向を相対的に小さくすることができる。すなわち、点灯中において、発光管１の内面のうち、上方に位置する部分とアークとの間の距離を従来のものと同程度に維持しているために、かかる部分の温度は、前記間隔ａを直径に持つ円の断面からなる従来の発光管と同等の温度にすることができると同時に、発光管１の内容積を小さくすることができる。その結果、発光管１への冷却の強化の必要がなく、従来と同等な冷却でも、前記内容積を小さくした効果で得られた蒸気圧上昇に相当する高輝度化、さらには照度の向上を得ることができる。
【００３３】
具体例として、上記した本発明の第１の実施形態である定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプ（以下、「本発明品１」という）の内容積は、従来の定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプの内容積に対して０．７８倍となり、その結果、本発明の第１の実施形態である定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプの点灯中における水銀蒸気圧は、従来の定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプの点灯中における水銀蒸気圧に対して１．２８倍となる。ただし、ここで比較している従来の定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプ（以下、「従来品１」という）は、「ａ＝ｂ」（間隔ａについては上記した本発明の第１の実施形態である定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプと同じ値）なる関係式を満たす点を除いては上記した本発明の第１の実施形態である定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプと同じ構成を備えている。
【００３４】
以下、その作用効果を確認するための種々の実験を行った。
【００３５】
（実験１）
まず、本発明品１について、仮想線Ｙが略水平となるような状態で定格電力２００［Ｗ］にて点灯させ、発光管１の外面のうち、最も上方に位置する部分の温度を測定した。また、比較のため、従来品１についても本発明品１と同じ条件にて発光管の外面のうち、最も上方に位置する部分の温度を測定した。ただし、測定に際して、反射鏡の無い発光管単体の状態であり、無風下において放射温度計を用いて測定した。
【００３６】
その結果、本発明品１の場合ではその部分の温度が９８５［℃］であったのに対して、従来品１の場合では９９０［℃］であった。したがって、本発明品１における点灯中の発光管１の最も上方に位置する部分の温度は、従来品１における点灯中の発光管のその部分の温度と同じ程度であり、従来品１に比して温度上昇していないことが確認された。つまり、本発明品１は、従来品１に比して発光管１の冷却の強化を要することなく、発光管１が失透するのを抑制することが可能であるとわかった。
【００３７】
（実験２）
次に、本発明品１を反射鏡９（開口径１９［インチ］、ｆ1＝７．９［ｍｍ］、ｆ2＝６２．１［ｍｍ］）に組み込んでランプユニット１０を作製した。そして、この作製したランプユニット１０を定格電力２００［Ｗ］にて点灯させ、アパーチャー径８φを通過させた射出光を積分球に集めてその照度［ｌｘ］を測定した。また、比較のために、従来品１についても同じ構成のランプユニットを作製し、作製したランプユニットに対して本発明品１と同じ条件にてその照度［ｌｘ］を測定した。
【００３８】
その結果、本発明品１に係るランプユニット１０の照度は、従来品１に係るランプユニットの照度に比して１１２［％］向上することがわかった。したがって、本発明品１は従来品１に比して十分に高輝度化を実現することが可能であるとわかった。
【００３９】
（実験３）
ところで、水銀の封入量が０．１５［ｍｇ／ｍｍ3］未満のとき、発光管１の内面形状がａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしている場合であっても、もともとの水銀の封入量が不十分なために上述したものほど高輝度化を十分に発揮することができないおそれがあることがわかった。例えば水銀の封入量を０．１５［ｍｇ／ｍｍ3］、０．１４［ｍｇ／ｍｍ3］とした点を除いて本発明品１と同じ構成を備えている定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプ（以下、順に「本発明品２」、「本発明品３」という）を反射鏡９（開口径１９［インチ］、ｆ1＝７．９［ｍｍ］、ｆ2＝６２．１［ｍｍ］）に組み込んでランプユニットを作製した。そして、この作製したランプユニットを定格電力２００［Ｗ］にて点灯させ、アパーチャー径８φを通過させた射出光を積分球に集めてその照度［ｌｘ］を測定した。
【００４０】
その結果、本発明品２に係るランプユニット１０の照度は従来品１に係るランプユニットの照度に比して１１２［％］向上していたのに対して、本発明品３に係るランプユニット１０の照度は従来品１に係るランプユニットの照度に比して１０３［％］の向上にとどまることが確認された。したがって、水銀の封入量は０．１５［ｍｇ／ｍｍ3］以上に規定することが好ましい。
【００４１】
（実験４）
また、本発明品１に係るランプユニット１０、および従来品１に係るランプユニットに対してそれぞれ寿命試験を行った。寿命試験は、仮想線Ｙが略水平となるような状態で点灯させ、周波数１００［Ｈｚ］の矩形波電流によって定格電力２００［Ｗ］で定常点灯させた。ただし、点灯３時間、消灯０．５時間を１サイクルとしてこれを繰り返す点滅サイクルで行った。
【００４２】
その結果、本発明品１に係るランプユニット１０は、従来品１に係るランプユニットと同じ程度の２０００時間以上の寿命が得られることが確認された。
【００４３】
（実験５）
ここで、本発明品１において、発光管１の内面形状全体における間隔ａと間隔ｂとの関係として比率ｂ／ａを種々変化させて、前記実験１と同じようにして発光管１の外面の温度を測定した。
【００４４】
その結果、ｂ／ａ＜０．６なる関係式を満たす場合、発光管１の外面のうち、最も上方に位置する部分の温度は、従来品１における発光管の外面のうちの最も上方に位置する部分の温度に比して１０［℃］以上高くなった。しかも、ｂ／ａ＜０．６なる関係式を満たす場合、発光管１の外面のうち、水平方向で最も膨出した部分の温度は、従来品１における発光管の外面のうちの水平方向で最も膨出した部分の温度に比して４０［℃］以上高くなった。この場合、経験的に発光管１への冷却を強化する必要がある。したがって、発光管１への冷却の強化を要することなく、発光管１の失透を確実に抑制するためには０．６≦ｂ／ａなる関係式を満たすことが好ましいことがわかった。
【００４５】
一方、発光管１の内容積を小さくし水銀蒸気圧を上昇させて一層の高輝度化を実現するためには、ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たすことが好ましいことがわかった。逆に、ｂ／ａが０．９を超える場合、前記実験２に準じてそのランプユニット１０の照度を測定したところ、従来品１に係るランプユニットの照度に比してその照度の向上が３［％］以下にとどまることがわかった。
【００４６】
以上の理由から発光管１の内面形状を０．６≦ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たす形状をなすようにすることが好ましいことが確認された。もっとも、上記した作用効果を得るに当たり、必ずしも発光管１の内面形状全体を０．６≦ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たす形状をなすようにする必要はなく、少なくとも一対の電極５間の領域において当該関係式を満たすような形状をなすようにすればよい。
【００４７】
（実験６）
また、本発明品１に対して水銀の封入量のみを変更させて前記実験１に準じた実験を行った。具体的には、水銀の封入量のみを０．３０［ｍｇ／ｍｍ3］とした点を除いて本発明品１と同じ構成を備えている定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプ（以下、「本発明品４」という）を作製し、作製したものに対して前記実験１と同じようにして発光管１の外面のうち、最も上方に位置する部分の温度を測定した。また、比較のために、同じく水銀の封入量のみを０．３０［ｍｇ／ｍｍ3］とした点を除いて従来品１と同じ構成を備えている定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプ（以下、「従来品２」という）を作製し、作製したものに対して前記実験１と同じようにして発光管の外面のうち、最も上方に位置する部分の温度を測定した。
【００４８】
その結果、本発明品４の場合ではその部分の温度が１０１８［℃］であったのに対して、従来品２の場合では１０２５［℃］であった。したがって、本発明品４における点灯中の発光管１の温度は、従来品２における点灯中の発光管の温度と同じ程度であり、従来品２に比して温度上昇していないことが確認された。つまり、本発明品４も本発明品１と同様に、従来品２に比して発光管１の冷却の強化を要することなく、発光管１が失透するのを抑制することが可能であるとわかった。
【００４９】
（実験７）
次に、本発明品４を反射鏡９（開口径１９［インチ］、ｆ1＝７．９［ｍｍ］、ｆ2＝６２．１［ｍｍ］）に組み込んでランプユニット１０を作製した。そして、この作製したランプユニット１０を定格電力２００［Ｗ］にて点灯させ、アパーチャー径８φを通過させた射出光を積分球に集めてその照度［ｌｘ］を測定した。また、比較のために、従来品２についても同じ構成のランプユニットを作製し、作製したランプユニットに対して本発明品２と同じ条件にてその照度［ｌｘ］を測定した。
【００５０】
その結果、本発明品４に係るランプユニット１０の照度は、従来品２に係るランプユニットの照度に比して１１７［％］向上することがわかった。したがって、本発明品４は従来品２に比して十分に高輝度化を実現することが可能であるとわかった。
【００５１】
次に、特に発光管１の形状に関する変形例について説明する。
【００５２】
（変形例１）
変形例１は、図１のＡ−Ａ線の断面図である図２に準じた断面を図５に示すように、間隔ａを４．６［ｍｍ］、間隔ｂを３．２［ｍｍ］、また最大幅ａ0を１０．２［ｍｍ］、最大幅ｂ0を７．１［ｍｍ］とし、すなわち図２および図３に示した例に対して発光管１の内面形状はそのまま維持し、発光管１の外形形状を変更し、その横断面において発光管１の内および外周が相似的に大きさの異なる略楕円形状をなし、発光部３のガラス肉厚を全周にわたって均一化したことに特徴を有し、その他の構成については本発明品１と同じ構成を備えている（以下、「本発明品５」という）。
【００５３】
本発明品５についても前記実験１、前記実験２および前記実験４に準じた実験を行った。その結果、本発明品５における発光管１の外面のうち、最も上方に位置する部分の点灯中の温度は９９２［℃］であり、従来品１における発光管の外面のうち、最も上方に位置する部分の点灯中の温度（９９０［℃］）と同じ程度であった。また、本発明品５に係るランプユニット１０の照度は、従来品１に係るランプユニットの照度に比して１１５［％］向上することがわかった。もちろん、本発明品５に係るランプユニットの寿命特性も従来品１に係るランプユニットの寿命特性と同じ程度であった。
【００５４】
したがって、変形例１においても上記と同様の作用効果を得ることが確認された。
【００５５】
（変形例２）
変形例２は、図１のＡ−Ａ線の断面図である図２に準じた断面を図６に示すように、間隔ａを４．５［ｍｍ］、間隔ｂを３．０［ｍｍ］、また最大幅ａ0を１０．０［ｍｍ］、最大幅ｂ0を７．０［ｍｍ］とし、すなわち図２および図３に示した例に対して発光管１の横断面においてその内周および外周にそれぞれ鉛直方向に直線部分を設けたことに特徴を有し、その他の構成については本発明品１と同じ構成を備えている（以下、「本発明品６」という）。
【００５６】
本発明品６についても前記実験１、前記実験２および前記実験４に準じた実験を行った。その結果、本発明品６における発光管１の外面のうち、最も上方に位置する部分の点灯中の温度は１０００［℃］であり、従来品１における発光管の外面のうち、最も上方に位置する部分の点灯中の温度（９９０［℃］）と同じ程度であった。また、本発明品６に係るランプユニット１０の照度は、従来品１に係るランプユニットの照度に比して１１０［％］向上することがわかった。もちろん、本発明品６に係るランプユニットの寿命特性も従来品１に係るランプユニットの寿命特性と同じ程度であった。
【００５７】
したがって、変形例２においても上記と同様の作用効果を得ることが確認された。
【００５８】
なお、上記実施形態では、高圧水銀ランプとして定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプを用いた場合について説明したが、これに限らず定格電力が例えば１００［Ｗ］以上４００［Ｗ］以下の範囲内の高圧水銀ランプを用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態であるプロジェクタについて、図７および図８を参照して説明する。
【００６０】
図７は、第１の実施形態であるランプユニット１０が用いられたプロジェクタの一例として、フロントプロジェクタ１４の概略構成を示す。フロントプロジェクタ１４は、その前方に設置したスクリーン（図示せず）に向けて画像を投影するタイプのプロジェクタである。
【００６１】
なお、図７は、後述する筐体１５の天板を取り除いた状態を示している。
【００６２】
フロントプロジェクタ１４は、筐体１５に収納された、光源であるランプユニット１０、光学ユニット１６、制御ユニット１７、投射レンズ１８、および電源ユニット１９等から構成されている。光学ユニット１６は、画像形成ユニットからの出射光を合成する光合成ユニット、入射光を偏光させて画像を形成する画像形成ユニット、およびランプユニット１０からの照明光をその画像形成ユニットに照射する照明ユニット（いずれも図示せず）を有している。照明ユニットは、３色のカラーフィルタ等（図示せず）を有し、照明光を３原色に分解して画像形成ユニットに照射する。３原色に分解された光を光合成ユニットで合成することにより、フルカラーの画像を得られる。制御ユニット１７は、画像形成ユニット等を駆動制御する。投射レンズ１８は、光合成ユニットにより合成された光学像を拡大投射する。電源ユニット１９は、商用電源から供給される電力を制御ユニット１７やランプユニット１０に適した電力に変換してそれぞれ供給する。
【００６３】
また、第１の実施形態であるランプユニット１０は、図８に示すプロジェクタの一例であるリアプロジェクタ２０の光源としても用いることができる。リアプロジェクタ２０は、ランプユニット１０、光学ユニット、投射レンズ、およびミラー（いずれも図示せず）等が筐体２１内に収納された構成を有している。投射レンズから投射されミラーで反射された画像が、透過式スクリーン２２の裏側から投影されて画像表示される。
【００６４】
以上のような本発明の第２の実施形態であるプロジェクタにかかる構成によれば、上記した本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプ（変形例等を含む）を用いたランプユニット１０を採用しているために、発光管１への冷却の強化や厳密な冷却コントロールを要しないので、冷却設計が容易であり、かつ冷却ファンの騒音を軽減することができる。また、発光管１の輝度が高く、かつ失透しにくいために、照度を向上させることができるとともに、長寿命化を図ることができる。
【００６５】
なお、上記各実施形態では、光源として高圧水銀ランプを用いた場合について説明したが、高圧水銀ランプ以外にメタルハライドランプを用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、発光管への冷却の強化や厳密な冷却コントロールを要することなく、失透を抑制し、かつ高輝度を実現することが必要とされる用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプの発光管の構成を示す正面図
【図２】図１のＡ−Ａ線の断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ線の断面図
【図４】本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプを用いたランプユニットの一部切欠正面図
【図５】同じく高圧水銀ランプの発光管において、変形例１の構成を示す図１のＡ−Ａ線の断面図
【図６】同じく高圧水銀ランプの発光管において、変形例２の構成を示す図１のＡ−Ａ線の断面図
【図７】本発明の第２の実施形態であるプロジェクタとして、フロントプロジェクタの構成を示す一部切欠斜視図
【図８】同じくプロジェクタとして、リアプロジェクタの構成を示す斜視図
【図９】従来の高圧水銀ランプの発光管の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００６８】
１ 発光管
２ 容囲器
３ 発光部
４ 封止部
５ 電極
５ａ 電極棒
５ｂ 電極コイル
６ 放電空間
７ 金属箔
８ 外部リード線
９ 反射鏡
１０ ランプユニット
１１ 反射面
１２ ネック部
１３ 接着剤
１４ フロントプロジェクタ
１５，２１ 筐体
１６ 光学ユニット
１７ 制御ユニット
１８ 投射レンズ
１９ 電源ユニット
２０ リアプロジェクタ
２２ 透過式スクリーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプ、その高圧放電ランプを用いたランプユニット、およびそのランプユニットを用いたプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタの光源には高圧放電ランプが使用されており、近時、その高圧放電ランプとしてメタルハライドランプから高圧水銀ランプへと代わり、より高輝度で、長寿命が実現されている。その結果、プロジェクタは、プレゼンテーションツールや大画面のホームシアターとして不可欠なものとなっている。また、このプロジェクタの発展の歴史において、照度の向上はめざましく、高圧水銀ランプの特性である輝度の向上が果たしてきた役割は大きい。
【０００３】
そして、市場からの要請として、この高圧水銀ランプに対してますます高輝度化が期待されている。
【０００４】
高輝度を実現するために、発光管内には例えば０．２０［ｍｇ/ｍｍ3］以上の水銀が封入され、高負荷の状態で点灯される（例えば特許文献１等）。したがって、上記したようにより一層の高輝度化の要請に対して、点灯中における発光管内の水銀蒸気圧を上げるべく水銀の封入量をさらに増加させたり、発光管の内容積をさらに小さくしたりすることが試みられている。
【０００５】
ところで、この種の高圧水銀ランプを構成する発光管は、その容囲器が石英ガラスからなる。また、点灯中、放電による熱によって、特に発光管の内面のうちの上方に位置する部分が封入物の対流によって他の部分に比べて極めて高温となる。したがって、適切な冷却を施さないとその構成材料である石英ガラスが結晶化して失透と呼ばれる白濁化する現象が起こり、ついには破損に至ることがある。発光管の内面の温度は、発光管内のアークの温度、アークからの距離、ガスの温度と対流などに依存する。アークの温度は、アークを形成する物質や圧力および電流などに依存する。
【０００６】
したがって、上記したような高輝度化への施策は、発光管内面の温度を上げることになり、一般的に採用される施策である水銀蒸気圧増加には前記失透を抑制するべく冷却を強化する必要がある。冷却を強化し過ぎると発光管全体の温度が所望とする温度よりも低くなって水銀蒸気圧が下がり、結果的に輝度が下がるか、または水銀の増加による輝度向上の効果が得られないという問題が発生する。そこで、これら相反する要請を両立するために、従来よりも冷却を強化すると同時に厳密なコントロールを要していた。
【０００７】
なお、従来の高圧水銀ランプにおいて、発光管の内部には一対の電極がそれぞれの長手方向の中心軸が略同一軸上に位置するように配置され、放電空間が形成されている。ここで、高圧水銀ランプを一対の電極の長手方向の中心軸を含む仮想線が略水平となるような状態においた場合であって、発光管を、放電空間を含みつつ当該仮想線に対して垂直に切った断面において、当該仮想線と交わる鉛直方向における発光管の内面の間隔をａ［ｍｍ］、当該鉛直方向に対する垂直方向における発光管の内面の間隔をｂ［ｍｍ］とした場合、発光管の内面形状はａ＝ｂなる関係式を満たす形状をなしている。図９に図１のＡ−Ａ線の断面図である図２に準じた発光管２３の断面図（横断面図）を示す。図９に示すとおり、その横断面において、発光管２３の内周および外周は略円形である。
【０００８】
なお、図９において、２４は発光管２３の発光部を、２５は発光管２３の放電空間を、２６は電極をそれぞれ示す。
【特許文献１】特開平２−１４８５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高輝度化のために必要な発光管の冷却の強化を要することなく、失透を抑制することができ、もちろん高輝度化を実現することができる高圧放電ランプ、その高圧放電ランプを用いたランプユニット、およびそのランプユニットを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る高圧放電ランプは、容囲器が石英ガラスからなり、内部に一対の電極が設けられて放電空間が形成されている発光管を備え、前記一対の電極は、その内部においてそれぞれの長手方向の中心軸が略同一軸上に位置するように配置され、かつ前記一対の電極の長手方向の中心軸を含む仮想線が略水平となるような状態で点灯される高圧放電ランプであって、前記発光管を、前記放電空間を含みつつ前記仮想線に対して垂直に切った断面において、前記仮想線と交わる鉛直方向における前記発光管の内面の間隔をａ［ｍｍ］、前記鉛直方向に対する垂直方向における前記発光管の内面の間隔をｂ［ｍｍ］とした場合、前記発光管の内面形状が少なくとも前記一対の電極間の領域においてａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る高圧放電ランプは、請求項１に係る高圧放電ランプにおいて、前記発光管の内面形状が少なくとも前記一対の電極間の領域において０．６≦ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たす形状をなしていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係るランプユニットは、前記請求項１または請求項２に記載の高圧放電ランプと凹面の反射面を有する反射鏡とを備え、前記反射鏡内に前記高圧放電ランプが組み込まれ、前記高圧放電ランプからの射出光が前記反射面により反射されるように構成されたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の請求項４に係るプロジェクタは、前記請求項３記載のランプユニットを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高輝度化のために必要な発光管の冷却の強化を要することなく、失透を抑制することができ、かつ高輝度化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の最良な実施の形態について、図面を用いてその詳細を説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態である定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプの発光管１の構成を示す。
【００１７】
この高圧水銀ランプは、後述する一対の電極５の長手方向の中心軸Ｘを含む仮想線Ｙが略水平となるような状態で点灯される。つまり、図１の紙面上に示すとおりの状態で点灯され、紙面上の発光管１のトップ側が実際の点灯状態においてもトップ側となる。
【００１８】
この発光管１は、その容囲器２の構成材料が石英ガラスからなり、管中央部に発光部３を有し、この発光部３の両側からそれぞれ外方向に延在するように略円柱体形状の封止部４が連接されている。
【００１９】
発光部３内には、一対の電極５が設けられて放電空間６が形成されている。一対の電極５は、発光部３内においてそれぞれの一端部側が互いに略対向しており、それぞれの長手方向の中心軸Ｘ（発光管１の長手方向の中心軸に略一致）が略同一軸上に位置するように配置されている。電極５間の距離は、０．５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の範囲内で例えば１．０［ｍｍ］に設定されている。電極５の他端部は、封止部４に封着されたモリブデン製の金属箔７を介して外部リード線８に電気的に接続されている。外部リード線８の一部は、容囲器２の外部に導出しており、口金または電力供給線等（図示せず）に接続される。このように発光管１に対して口金等の付属部品が取り付けられて高圧水銀ランプを構成することになるが、その仕様に応じて口金等の付属部品を取り付けない場合もあり、この場合は発光管１と高圧水銀ランプとが実質的に同一構成となる。
【００２０】
電極５は、タングステン製の電極棒５ａと、この電極棒５ａの一端部に取り付けられたタングステン製の電極コイル５ｂとからなる。
【００２１】
また、この発光部３内には、発光物質である水銀（Ｈｇ）と、始動補助用の希ガスとして例えばアルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）、あるいはキセノンガス（Ｘｅ）またはそれら２種以上の混合ガスと、ハロゲンサイクル作用のためのヨウ素（Ｉ）、塩素（Ｃｌ）あるいは臭素（Ｂｒ）、またはそれらの混合物とがそれぞれ所定量封入されている。一例として、水銀の封入量は０．１５［ｍｇ／ｍｍ3］以上０．４０［ｍｇ／ｍｍ3］の範囲内で例えば０．２［ｍｇ／ｍｍ3］に、アルゴンガスの封入量（２５℃）は０．０１［ＭＰａ］以上１［ＭＰａ］以下の範囲内で例えば０．０３［ＭＰａ］に、臭素の封入量は１×１０-7［μｍｏｌ／ｍｍ3］以上１×１０-1［μｍｏｌ／ｍｍ3］以下の範囲内で、好ましくは１×１０-6［μｍｏｌ／ｍｍ3］以上１×１０-2［μｍｏｌ／ｍｍ3］以下の範囲内で例えば０．５×１０-5［μｍｏｌ／ｍｍ3］にそれぞれ設定されている。特に、ハロゲンサイクル作用を十分に発揮させ、発光管１の内面に黒化が発生するのを防止するために、臭素の封入量は１×１０-6［μｍｏｌ／ｍｍ3］以上に規定することが好ましい。
【００２２】
好適例として、水銀の封入量は後述する理由により０．１５［ｍｇ／ｍｍ3］以上がよく、また臭素の封入量は後述する理由により１×１０-6［μｍｏｌ／ｍｍ3］以上がよい。
【００２３】
ここで、発光管１を、放電空間６を含みつつ一対の電極５の長手方向の中心軸Ｘを含む仮想線Ｙに対して垂直に切った断面、例えばその仮想線Ｙ上における一対の電極５の間の中点Ｍ（ここでは、放電空間６の３次元中心と一致する）を通り、かつ仮想線Ｙに対して垂直に切った断面（図１のＡ−Ａ線の断面図）を図２に、またその一方の電極５における電極コイル５ｂの端面のうち、封止部４側の端面を含むように仮想線Ｙに対して垂直に切った断面（図１のＢ−Ｂ線の断面図）を図３にそれぞれ示す。
【００２４】
図２，３に示すように、発光管１を、放電空間６を含みつつ仮想線Ｙに対して垂直に切った断面において、仮想線Ｙと交わる鉛直方向における発光管１の内面の間隔をａ［ｍｍ］、当該鉛直方向（仮想線Ｙと交わる鉛直方向）に対する垂直方向における発光管１の内面の間隔をｂ［ｍｍ］とした場合、発光管１の内面形状がａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしている。
【００２５】
一例として、当該断面において、概略の形状として発光管１の内面形状は略楕円形状であり、かつその外形形状が略円形状である。ここで言う「楕円形」および「円形」とは、後述する場合も含めて、数学的に定義される楕円形または円形を必ずしも示すものではなく、あくまでも概略の形状として表現しているにすぎない。また、容囲器２はガラス加工によるものであり、精密加工が困難であり、製造上のばらつきも当然に生じる。図２に示すａは４．６［ｍｍ］、ｂは３．７［ｍｍ］である。また、図３に示すａは４．０［ｍｍ］、ｂは３．４［ｍｍ］である。ただし、間隔ａの延長線上にあり、ガラス肉厚を含めた発光管１の外形形状の最大幅をａ0、間隔ｂの延長線上にあり、ガラス肉厚を含めた発光管１の外形形状の最大幅をｂ0とした場合、図２に示す例ではａ0が１０．２［ｍｍ］、ｂ0が９．２［ｍｍ］、図３に示す例ではａ0が９．０［ｍｍ］、ｂ0が８．５［ｍｍ］である。また、発光管１を仮想線Ｙに対して垂直に切った断面のうち、中点Ｍを通る断面の放電空間６の面積が最大となるが、その面積はそれぞれ封止部４側に近づくに従って連続的に小さくなる。すなわち、発光管１を仮想線Ｙを含む面で切った断面において、発光管１の内面形状が略楕円形状を有している。
【００２６】
もっとも、図１〜図３に示す例では、発光管１の内面形状全体に対してａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしているが、後述する作用効果を発揮するに当たり、発光管１の内面形状のうち、少なくとも一対の電極５間の領域においてａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしていればよい。
【００２７】
上記した場合において、特に後述する理由により、間隔ａと間隔ｂとの関係として、発光管１の内面形状が少なくとも一対の電極５間の領域において０．６≦ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たす形状をなしていることが好ましい。
【００２８】
そして、このような高圧水銀ランプは、図４に示すように、反射鏡９内に組み込まれてランプユニット１０を構成する。
【００２９】
すなわち、図４に示すように、ランプユニット１０は、上記した発光管１と、内面が凹面の反射面１１を有する基体がガラスからなる反射鏡９とを備えており、この反射鏡９内に発光管１がその長手方向の中心軸Ｘと反射鏡９の光軸Ｚとが略一致するように組み込まれ、発光管１からの射出光が反射面１１によって反射されるように構成されている。その際、発光管１は、その一方の封止部４が反射鏡９のネック部１２内に挿入され、その状態で接着剤１３によって固着されている。
【００３０】
なお、反射面１１は、例えば回転楕円体面や回転放物体面からなり、多層干渉膜等が蒸着されている。
【００３１】
ここで、発光管１は、例えば反射鏡９の前面の開口部から送り込まれた冷却風によって、特に導風板等を使って発光部３の上方に位置する部分を選択的に冷却される。
【００３２】
以上のように本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプおよびそれを用いたランプユニットにかかる構成によれば、一対の電極５の長手方向の中心軸Ｘを含む仮想線Ｙが略水平となるような状態で点灯した場合において、発光管１の内面のうち、非常に高温となる上方に位置する部分は点灯中のアークに対して一定の距離（間隔ａ方向の距離）を確保しつつも、発光管１内の空間（放電空間６）を間隔ａ方向に対して間隔ｂ方向を相対的に小さくすることができる。すなわち、点灯中において、発光管１の内面のうち、上方に位置する部分とアークとの間の距離を従来のものと同程度に維持しているために、かかる部分の温度は、前記間隔ａを直径に持つ円の断面からなる従来の発光管と同等の温度にすることができると同時に、発光管１の内容積を小さくすることができる。その結果、発光管１への冷却の強化の必要がなく、従来と同等な冷却でも、前記内容積を小さくした効果で得られた蒸気圧上昇に相当する高輝度化、さらには照度の向上を得ることができる。
【００３３】
具体例として、上記した本発明の第１の実施形態である定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプ（以下、「本発明品１」という）の内容積は、従来の定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプの内容積に対して０．７８倍となり、その結果、本発明の第１の実施形態である定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプの点灯中における水銀蒸気圧は、従来の定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプの点灯中における水銀蒸気圧に対して１．２８倍となる。ただし、ここで比較している従来の定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプ（以下、「従来品１」という）は、「ａ＝ｂ」（間隔ａについては上記した本発明の第１の実施形態である定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプと同じ値）なる関係式を満たす点を除いては上記した本発明の第１の実施形態である定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプと同じ構成を備えている。
【００３４】
以下、その作用効果を確認するための種々の実験を行った。
【００３５】
（実験１）
まず、本発明品１について、仮想線Ｙが略水平となるような状態で定格電力２００［Ｗ］にて点灯させ、発光管１の外面のうち、最も上方に位置する部分の温度を測定した。また、比較のため、従来品１についても本発明品１と同じ条件にて発光管の外面のうち、最も上方に位置する部分の温度を測定した。ただし、測定に際して、反射鏡の無い発光管単体の状態であり、無風下において放射温度計を用いて測定した。
【００３６】
その結果、本発明品１の場合ではその部分の温度が９８５［℃］であったのに対して、従来品１の場合では９９０［℃］であった。したがって、本発明品１における点灯中の発光管１の最も上方に位置する部分の温度は、従来品１における点灯中の発光管のその部分の温度と同じ程度であり、従来品１に比して温度上昇していないことが確認された。つまり、本発明品１は、従来品１に比して発光管１の冷却の強化を要することなく、発光管１が失透するのを抑制することが可能であるとわかった。
【００３７】
（実験２）
次に、本発明品１を反射鏡９（開口径１９［インチ］、ｆ1＝７．９［ｍｍ］、ｆ2＝６２．１［ｍｍ］）に組み込んでランプユニット１０を作製した。そして、この作製したランプユニット１０を定格電力２００［Ｗ］にて点灯させ、アパーチャー径８φを通過させた射出光を積分球に集めてその照度［ｌｘ］を測定した。また、比較のために、従来品１についても同じ構成のランプユニットを作製し、作製したランプユニットに対して本発明品１と同じ条件にてその照度［ｌｘ］を測定した。
【００３８】
その結果、本発明品１に係るランプユニット１０の照度は、従来品１に係るランプユニットの照度に比して１１２［％］向上することがわかった。したがって、本発明品１は従来品１に比して十分に高輝度化を実現することが可能であるとわかった。
【００３９】
（実験３）
ところで、水銀の封入量が０．１５［ｍｇ／ｍｍ3］未満のとき、発光管１の内面形状がａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしている場合であっても、もともとの水銀の封入量が不十分なために上述したものほど高輝度化を十分に発揮することができないおそれがあることがわかった。例えば水銀の封入量を０．１５［ｍｇ／ｍｍ3］、０．１４［ｍｇ／ｍｍ3］とした点を除いて本発明品１と同じ構成を備えている定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプ（以下、順に「本発明品２」、「本発明品３」という）を反射鏡９（開口径１９［インチ］、ｆ1＝７．９［ｍｍ］、ｆ2＝６２．１［ｍｍ］）に組み込んでランプユニットを作製した。そして、この作製したランプユニットを定格電力２００［Ｗ］にて点灯させ、アパーチャー径８φを通過させた射出光を積分球に集めてその照度［ｌｘ］を測定した。
【００４０】
その結果、本発明品２に係るランプユニット１０の照度は従来品１に係るランプユニットの照度に比して１１２［％］向上していたのに対して、本発明品３に係るランプユニット１０の照度は従来品１に係るランプユニットの照度に比して１０３［％］の向上にとどまることが確認された。したがって、水銀の封入量は０．１５［ｍｇ／ｍｍ3］以上に規定することが好ましい。
【００４１】
（実験４）
また、本発明品１に係るランプユニット１０、および従来品１に係るランプユニットに対してそれぞれ寿命試験を行った。寿命試験は、仮想線Ｙが略水平となるような状態で点灯させ、周波数１００［Ｈｚ］の矩形波電流によって定格電力２００［Ｗ］で定常点灯させた。ただし、点灯３時間、消灯０．５時間を１サイクルとしてこれを繰り返す点滅サイクルで行った。
【００４２】
その結果、本発明品１に係るランプユニット１０は、従来品１に係るランプユニットと同じ程度の２０００時間以上の寿命が得られることが確認された。
【００４３】
（実験５）
ここで、本発明品１において、発光管１の内面形状全体における間隔ａと間隔ｂとの関係として比率ｂ／ａを種々変化させて、前記実験１と同じようにして発光管１の外面の温度を測定した。
【００４４】
その結果、ｂ／ａ＜０．６なる関係式を満たす場合、発光管１の外面のうち、最も上方に位置する部分の温度は、従来品１における発光管の外面のうちの最も上方に位置する部分の温度に比して１０［℃］以上高くなった。しかも、ｂ／ａ＜０．６なる関係式を満たす場合、発光管１の外面のうち、水平方向で最も膨出した部分の温度は、従来品１における発光管の外面のうちの水平方向で最も膨出した部分の温度に比して４０［℃］以上高くなった。この場合、経験的に発光管１への冷却を強化する必要がある。したがって、発光管１への冷却の強化を要することなく、発光管１の失透を確実に抑制するためには０．６≦ｂ／ａなる関係式を満たすことが好ましいことがわかった。
【００４５】
一方、発光管１の内容積を小さくし水銀蒸気圧を上昇させて一層の高輝度化を実現するためには、ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たすことが好ましいことがわかった。逆に、ｂ／ａが０．９を超える場合、前記実験２に準じてそのランプユニット１０の照度を測定したところ、従来品１に係るランプユニットの照度に比してその照度の向上が３［％］以下にとどまることがわかった。
【００４６】
以上の理由から発光管１の内面形状を０．６≦ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たす形状をなすようにすることが好ましいことが確認された。もっとも、上記した作用効果を得るに当たり、必ずしも発光管１の内面形状全体を０．６≦ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たす形状をなすようにする必要はなく、少なくとも一対の電極５間の領域において当該関係式を満たすような形状をなすようにすればよい。
【００４７】
（実験６）
また、本発明品１に対して水銀の封入量のみを変更させて前記実験１に準じた実験を行った。具体的には、水銀の封入量のみを０．３０［ｍｇ／ｍｍ3］とした点を除いて本発明品１と同じ構成を備えている定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプ（以下、「本発明品４」という）を作製し、作製したものに対して前記実験１と同じようにして発光管１の外面のうち、最も上方に位置する部分の温度を測定した。また、比較のために、同じく水銀の封入量のみを０．３０［ｍｇ／ｍｍ3］とした点を除いて従来品１と同じ構成を備えている定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプ（以下、「従来品２」という）を作製し、作製したものに対して前記実験１と同じようにして発光管の外面のうち、最も上方に位置する部分の温度を測定した。
【００４８】
その結果、本発明品４の場合ではその部分の温度が１０１８［℃］であったのに対して、従来品２の場合では１０２５［℃］であった。したがって、本発明品４における点灯中の発光管１の温度は、従来品２における点灯中の発光管の温度と同じ程度であり、従来品２に比して温度上昇していないことが確認された。つまり、本発明品４も本発明品１と同様に、従来品２に比して発光管１の冷却の強化を要することなく、発光管１が失透するのを抑制することが可能であるとわかった。
【００４９】
（実験７）
次に、本発明品４を反射鏡９（開口径１９［インチ］、ｆ1＝７．９［ｍｍ］、ｆ2＝６２．１［ｍｍ］）に組み込んでランプユニット１０を作製した。そして、この作製したランプユニット１０を定格電力２００［Ｗ］にて点灯させ、アパーチャー径８φを通過させた射出光を積分球に集めてその照度［ｌｘ］を測定した。また、比較のために、従来品２についても同じ構成のランプユニットを作製し、作製したランプユニットに対して本発明品２と同じ条件にてその照度［ｌｘ］を測定した。
【００５０】
その結果、本発明品４に係るランプユニット１０の照度は、従来品２に係るランプユニットの照度に比して１１７［％］向上することがわかった。したがって、本発明品４は従来品２に比して十分に高輝度化を実現することが可能であるとわかった。
【００５１】
次に、特に発光管１の形状に関する変形例について説明する。
【００５２】
（変形例１）
変形例１は、図１のＡ−Ａ線の断面図である図２に準じた断面を図５に示すように、間隔ａを４．６［ｍｍ］、間隔ｂを３．２［ｍｍ］、また最大幅ａ0を１０．２［ｍｍ］、最大幅ｂ0を７．１［ｍｍ］とし、すなわち図２および図３に示した例に対して発光管１の内面形状はそのまま維持し、発光管１の外形形状を変更し、その横断面において発光管１の内および外周が相似的に大きさの異なる略楕円形状をなし、発光部３のガラス肉厚を全周にわたって均一化したことに特徴を有し、その他の構成については本発明品１と同じ構成を備えている（以下、「本発明品５」という）。
【００５３】
本発明品５についても前記実験１、前記実験２および前記実験４に準じた実験を行った。その結果、本発明品５における発光管１の外面のうち、最も上方に位置する部分の点灯中の温度は９９２［℃］であり、従来品１における発光管の外面のうち、最も上方に位置する部分の点灯中の温度（９９０［℃］）と同じ程度であった。また、本発明品５に係るランプユニット１０の照度は、従来品１に係るランプユニットの照度に比して１１５［％］向上することがわかった。もちろん、本発明品５に係るランプユニットの寿命特性も従来品１に係るランプユニットの寿命特性と同じ程度であった。
【００５４】
したがって、変形例１においても上記と同様の作用効果を得ることが確認された。
【００５５】
（変形例２）
変形例２は、図１のＡ−Ａ線の断面図である図２に準じた断面を図６に示すように、間隔ａを４．５［ｍｍ］、間隔ｂを３．０［ｍｍ］、また最大幅ａ0を１０．０［ｍｍ］、最大幅ｂ0を７．０［ｍｍ］とし、すなわち図２および図３に示した例に対して発光管１の横断面においてその内周および外周にそれぞれ鉛直方向に直線部分を設けたことに特徴を有し、その他の構成については本発明品１と同じ構成を備えている（以下、「本発明品６」という）。
【００５６】
本発明品６についても前記実験１、前記実験２および前記実験４に準じた実験を行った。その結果、本発明品６における発光管１の外面のうち、最も上方に位置する部分の点灯中の温度は１０００［℃］であり、従来品１における発光管の外面のうち、最も上方に位置する部分の点灯中の温度（９９０［℃］）と同じ程度であった。また、本発明品６に係るランプユニット１０の照度は、従来品１に係るランプユニットの照度に比して１１０［％］向上することがわかった。もちろん、本発明品６に係るランプユニットの寿命特性も従来品１に係るランプユニットの寿命特性と同じ程度であった。
【００５７】
したがって、変形例２においても上記と同様の作用効果を得ることが確認された。
【００５８】
なお、上記実施形態では、高圧水銀ランプとして定格電力２００［Ｗ］の高圧水銀ランプを用いた場合について説明したが、これに限らず定格電力が例えば１００［Ｗ］以上４００［Ｗ］以下の範囲内の高圧水銀ランプを用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態であるプロジェクタについて、図７および図８を参照して説明する。
【００６０】
図７は、第１の実施形態であるランプユニット１０が用いられたプロジェクタの一例として、フロントプロジェクタ１４の概略構成を示す。フロントプロジェクタ１４は、その前方に設置したスクリーン（図示せず）に向けて画像を投影するタイプのプロジェクタである。
【００６１】
なお、図７は、後述する筐体１５の天板を取り除いた状態を示している。
【００６２】
フロントプロジェクタ１４は、筐体１５に収納された、光源であるランプユニット１０、光学ユニット１６、制御ユニット１７、投射レンズ１８、および電源ユニット１９等から構成されている。光学ユニット１６は、画像形成ユニットからの出射光を合成する光合成ユニット、入射光を偏光させて画像を形成する画像形成ユニット、およびランプユニット１０からの照明光をその画像形成ユニットに照射する照明ユニット（いずれも図示せず）を有している。照明ユニットは、３色のカラーフィルタ等（図示せず）を有し、照明光を３原色に分解して画像形成ユニットに照射する。３原色に分解された光を光合成ユニットで合成することにより、フルカラーの画像を得られる。制御ユニット１７は、画像形成ユニット等を駆動制御する。投射レンズ１８は、光合成ユニットにより合成された光学像を拡大投射する。電源ユニット１９は、商用電源から供給される電力を制御ユニット１７やランプユニット１０に適した電力に変換してそれぞれ供給する。
【００６３】
また、第１の実施形態であるランプユニット１０は、図８に示すプロジェクタの一例であるリアプロジェクタ２０の光源としても用いることができる。リアプロジェクタ２０は、ランプユニット１０、光学ユニット、投射レンズ、およびミラー（いずれも図示せず）等が筐体２１内に収納された構成を有している。投射レンズから投射されミラーで反射された画像が、透過式スクリーン２２の裏側から投影されて画像表示される。
【００６４】
以上のような本発明の第２の実施形態であるプロジェクタにかかる構成によれば、上記した本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプ（変形例等を含む）を用いたランプユニット１０を採用しているために、発光管１への冷却の強化や厳密な冷却コントロールを要しないので、冷却設計が容易であり、かつ冷却ファンの騒音を軽減することができる。また、発光管１の輝度が高く、かつ失透しにくいために、照度を向上させることができるとともに、長寿命化を図ることができる。
【００６５】
なお、上記各実施形態では、光源として高圧水銀ランプを用いた場合について説明したが、高圧水銀ランプ以外にメタルハライドランプを用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、発光管への冷却の強化や厳密な冷却コントロールを要することなく、失透を抑制し、かつ高輝度を実現することが必要とされる用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプの発光管の構成を示す正面図
【図２】図１のＡ−Ａ線の断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ線の断面図
【図４】本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプを用いたランプユニットの一部切欠正面図
【図５】同じく高圧水銀ランプの発光管において、変形例１の構成を示す図１のＡ−Ａ線の断面図
【図６】同じく高圧水銀ランプの発光管において、変形例２の構成を示す図１のＡ−Ａ線の断面図
【図７】本発明の第２の実施形態であるプロジェクタとして、フロントプロジェクタの構成を示す一部切欠斜視図
【図８】同じくプロジェクタとして、リアプロジェクタの構成を示す斜視図
【図９】従来の高圧水銀ランプの発光管の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００６８】
１ 発光管
２ 容囲器
３ 発光部
４ 封止部
５ 電極
５ａ 電極棒
５ｂ 電極コイル
６ 放電空間
７ 金属箔
８ 外部リード線
９ 反射鏡
１０ ランプユニット
１１ 反射面
１２ ネック部
１３ 接着剤
１４ フロントプロジェクタ
１５，２１ 筐体
１６ 光学ユニット
１７ 制御ユニット
１８ 投射レンズ
１９ 電源ユニット
２０ リアプロジェクタ
２２ 透過式スクリーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容囲器が石英ガラスからなり、内部に一対の電極が設けられて放電空間が形成されている発光管を備え、
前記一対の電極は、その内部においてそれぞれの長手方向の中心軸が略同一軸上に位置するように配置され、かつ前記一対の電極の長手方向の中心軸を含む仮想線が略水平となるような状態で点灯される高圧放電ランプであって、
前記発光管を、前記放電空間を含みつつ前記仮想線に対して垂直に切った断面において、前記仮想線と交わる鉛直方向における前記発光管の内面の間隔をａ［ｍｍ］、前記鉛直方向に対する垂直方向における前記発光管の内面の間隔をｂ［ｍｍ］とした場合、前記発光管の内面形状が少なくとも前記一対の電極間の領域においてａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしていることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記発光管の内面形状が少なくとも前記一対の電極間の領域において０．６≦ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たす形状をなしていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高圧放電ランプと凹面の反射面を有する反射鏡とを備え、前記反射鏡内に前記高圧放電ランプが組み込まれ、前記高圧放電ランプからの射出光が前記反射面により反射されるように構成されたことを特徴とするランプユニット。
【請求項４】
請求項３記載のランプユニットを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１】
容囲器が石英ガラスからなり、内部に一対の電極が設けられて放電空間が形成されている発光管を備え、
前記一対の電極は、その内部においてそれぞれの長手方向の中心軸が略同一軸上に位置するように配置され、かつ前記一対の電極の長手方向の中心軸を含む仮想線が略水平となるような状態で点灯される高圧放電ランプであって、
前記発光管を、前記放電空間を含みつつ前記仮想線に対して垂直に切った断面において、前記仮想線と交わる鉛直方向における前記発光管の内面の間隔をａ［ｍｍ］、前記鉛直方向に対する垂直方向における前記発光管の内面の間隔をｂ［ｍｍ］とした場合、前記発光管の内面形状が少なくとも前記一対の電極間の領域においてａ＞ｂなる関係式を満たす形状をなしていることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記発光管の内面形状が少なくとも前記一対の電極間の領域において０．６≦ｂ／ａ≦０．９なる関係式を満たす形状をなしていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高圧放電ランプと凹面の反射面を有する反射鏡とを備え、前記反射鏡内に前記高圧放電ランプが組み込まれ、前記高圧放電ランプからの射出光が前記反射面により反射されるように構成されたことを特徴とするランプユニット。
【請求項４】
請求項３記載のランプユニットを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２７７４０６（Ｐ２００９−２７７４０６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２５５５４（Ｐ２００８−１２５５５４）
【出願日】平成２０年５月１３日（２００８．５．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１３日（２００８．５．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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